Kontaktmechanik (KoMech)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Contact Mechanics)
(Prüfungsordnungsmodul: Technische Wahlmodule)

Lehrveranstaltungen:

• • Kontaktmechanik
    (Vorlesung, 2 SWS, Kai Willner, Mo, 12:15 - 13:45, SR TM)

Inhalt:

Kontinuumsmechanische Grundlagen

• Mathematische Vorbereitung

• Grundgleichungen

• Potentialdarstellung
  

Analytische Loesungen für den elastischen Halbraum

• Boussinesq- und Cerruti-Lösung

• Love-Lösung

• Hertz-Lösung

• Mindlin-Lösung
  

Numerisches Halbraumverfahren

Kontakt rauer Oberflächen

• Beschreibung rauer Oberflächen

• Elastischer Kontakt: Greenwood-Williamson-Modell, Bush-Gibson-Thomas-Modell

• Plastischer Kontakt

• Numerische Lösung mit dem Halbraumverfahren
  

Reibung

• Bowden-Tabor-Modell

• Reibgesetze: Reibwert, Reibfaktor, Wanheim-Bay-Modell, IFUM-Modell

• Weitere Effekte: Viskoelastizität, Adhäsion, Schmierung
  

Kontakt mit der FEM

• Schwache Form

• Linearisierung

• Normalkontakt: Penalty, Lagrange, Augmented Lagrange, Perturbed Lagrange

• Implementierung: Kontaktsuche, node-to-node, node-to-segment, segment-to-segment

• Tangentialkontakt: Radial-Return-Mapping

Lernziele und Kompetenzen:

Wissen

• Die Studierenden können die mathematischen und kontinuumsmechanischen Grundlagen der Kontaktmechanik darlegen und die Herleitung der Boussinesq- und Cerrutti-Lösung nachvollziehen.

• Sie kennen die Fach-Termini zur Beschreibung verschiedener Kontaktsituationen.

• Die Studierenden können verschiedene Verfahren zur Messung rauer Oberflächen benennen und können deren prinzipielle Funktionsweise wiedergeben.

• Sie kennen die gängigen Rauheitsparameter und deren Definitionen.

• Die Studierenden können verschiedene Modelle für den Normal- und Tangentialkontakt nennen und sie formelmäßig wiedergeben.

Verstehen

• Die Studierenden können verschiedene grundlegende Kontaktsituationen (konform, nicht-konform, reibungsfrei, reibungsbehaftet etc.) klassifizieren und verstehen die Implikationen unterschiedlicher vereinfachender Annahmen (Hertzsche, Mindlinsche und Cattaneo-Annahme).

• Die Studierenden verstehen den Einfluss der Oberflächenrauigkeit auf das Kontaktverhalten. Sie können verschiedene Kontakt- und Reibungsmodelle für den Kontakt rauer Oberflächen erläutern und voneinander abgrenzen.

Anwenden

• Die Studierenden können sowohl analytische (Hertzsche Lösungen) als auch numerische Lösungsverfahren (Halbraumverfahren) in Form von Programmen umsetzen.

• Sie können die Lösungsverfahren für gegebene Aufgabenstellungen anwenden und die Ergebnisse sachgerecht darstellen.

Analysieren

• Die Studierenden können problemgerecht zwischen analytischen und numerische Lösungsverfahren auswählen.

• Die Studierenden können problemangepasste Modelle für den Normal- und Tangentalkontakt rauer Oberflächen auswählen und sind auch in der Lage entweder geeignete Messverfahren zur Bestimmung der benötigten Parameter anzugeben oder diese aus einer Kontaktsimulation zu identifizieren.

• Sie sind dabei in der Lage, offensichtliche Modellierungs- oder Messfehler zu erkennen.

Evaluieren (Beurteilen)

• Die Studierenden können die Ergebnisse verschiedener Kontaktmodellierungen kritisch vergleichen, den Einfluss der gewählten Modellierungsstrategie beurteilen und qualifizierte Aussagen über die Modellgüte machen.

Erschaffen

• Die Studierenden sind in der Lage, die ihnen bekannten Verfahren für neue Probleme zu adaptieren und zu erweitern.

Literatur:

• Johnson, K.L.: Contact Mechanics, Cambridge University Press 1987

• Laursen, T.A.: Computational Contact and Impact Mechanics, Springer 2002

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Maschinenbau (Bachelor of Science): ab 3. Semester
   (Po-Vers. 2009w | Wahlmodule | Technische Wahlmodule)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Kontaktmechanik (Prüfungsnummer: 178201)

(englischer Titel: Contact Mechanics)

Prüfungsleistung, Studienleistung, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: SS 2014, 1. Wdh.: WS 2014/2015

1. Prüfer:

Kai Willner