Einfluss der Oberflächengeometrie auf die Reibung in adhäsiven Kontakten

• Antragsteller: Professor Dr. Valentin L. Popov
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391213684

Tangentiale Belastung und Bewegung von kontaktierenden Körpern, zwischen denen adhäsive Kräfte wirken, gehören zu den am wenigsten verstandenen Phänomenen in der Kontaktmechanik. Im Gegensatz zum adhäsiven Normalkontakt, also dem reinen Annähern und Lösen von Kontakten, gibt es bei diesem Problem keinen universellen, energiebasierten Zugang. Stattdessen spielen dissipative Kräfte eine entscheidende Rolle. Das Hauptziel der geplanten Forschung ist die Klärung der mikroskopischen und mesoskopischen Herkunft der Reibkräfte und der Energiedissipation in einem adhäsiven Kontakt. Darauf basierend soll ein Konzept zur Modellierung und Simulation von adhäsiven Tangentialkontakten entwickelt werden, welches dann in ein numerisches Programm implementiert und experimentell validiert wird. Wir werden dabei geleitet von der Idee, dass die Adhäsion auf der Mikroskala an sich dissipationsfrei ist, und dass erst durch das Auftreten von Instabilitäten (verursacht durch mikroskopische Heterogenität der Oberflächenchemie oder Topografie) Dissipation und damit auch Reibkräfte zustande kommen. Während diese Idee in der Reibungsphysik nicht neu ist (Prandtl-Tomlinson-Modell), wurde sie bisher nicht explizit an tangentiale adhäsive Kontakte angewendet. Zum Erreichen dieses Ziels sollen zum einen theoretische Untersuchungen von heterogenen Kontakten unternommen werden, basierend auf den bereits entwickelten Methoden zur Simulation der reversiblen Adhäsion. Zum anderen soll systematische experimentelle Untersuchung des adhäsiven Tangentialkontakts unternommen werden. Das fundierte physikalische Verständnis der dissipativen Prozesse in adhäsiven Kontakten wird den Weg zur Steuerung der adhäsiven Wechselwirkungen in praktischen Anwendungen führen. Insbesondere wird systematisch der Einfluss der Form, der Rauheit, der Materialheterogenität sowie weiterer, noch festzustellender Systemparameter theoretisch und experimentell untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen