TY - THES T1 - Experimentelle und numerische Untersuchung des Normal- und Tangentialkontaktverhaltens rauer metallischer Oberflächen A1 - Görke,Daniel Y1 - 2010/07/02 N2 - Durch Experimente und numerische Simulationen wird das Normal- und Tangentialkontaktverhalten von rauen metallischen Oberflächen untersucht. Die Steifigkeit und das Mikroschlupfverhalten einer Fügestelle hängt unter anderem von der Belastung, dem Werkstoff und den geometrischen Eigenschaften der Oberfläche ab. Da der Mittelwert und die Varianz der Höhen nicht ausreichend sind, um die Rauheit einer Oberfläche zu beschreiben, werden oft weitere stochastische Parameter eingeführt. Allerdings hängen diese stark von der Messauflösung ab und können nicht als intrinsische Kenngrößen eines Profils betrachtet werden. Deshalb wird die Oberfläche über mehrere Längenskalen durch ein Fraktal beschrieben, dessen Parameter unabhängig von der Messauflösung sind. Eine Möglichkeit, um die typischen Eigenschaften eines Profils zu beschreiben, ist die Verwendung der diskreten Strukturfunktion. Für eine große Reihe von technischen Oberflächen können die gemessenen Strukturfunktionen durch eine Näherungsfunktion mit drei intrinsischen Parametern beschrieben werden: Die Standardabweichung der Höhen, die Transitionslänge und die fraktale Dimension. Um den Einfluss der unterschiedlichen Parameter zu untersuchen und konstitutive Kontaktgesetze zu entwickeln, ist es erforderlich, Oberflächen mit bestimmten Eigenschaften numerisch zu generieren. Der Normal- und Tangentialkontakt der fraktal-regulären Oberflächen werden anschließend mit einem diskretisierten Halbraummodell berechnet. Zusätzlich werden Finite-Element-Modelle mit Formfehlern verwendet, um den Einfluss von welligen und schrägen Oberflächen auf das Kontaktverhalten zu untersuchen. Anhand von Versuchsergebnissen werden die Simulationen verifiziert. Mit einem Normalkontaktprüfstand werden Druck-Annäherungs-Kurven gemessen und mit einem Tangentialkontaktprüfstand wird das Kontaktverhalten durch Tangentiallast-Verschiebungs-Kurven bestimmt. Dabei wird der Einfluss des Werkstoffs und des Oberflächenherstellungsverfahrens untersucht. Während der Tangentialkontaktversuche kann die Normalkraft durch einen Piezoaktor erhöht werden, wodurch die Einspannsituation der vorgespannten Teile nicht verändert wird. Mit einem zweiten Tangentialkontaktprüfstand werden Versuche mit höheren Geschwindigkeiten und niedrigeren Lasten durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die plastischen Deformationen aufgrund des Normalkontakts sehr gut durch fraktal-reguläre Oberflächen beschrieben werden können. Im Gegensatz dazu wird die elastische Rückfederung von Formfehlern dominiert. Beim Tangentialkontakt verursachen Formfehler eine starke Abnahme der tangentialen Kontaktsteifigkeit und führen zu einer Verlängerung des Mikroschlupfbereichs. Dagegen kann die Verringerung der Steifigkeit aufgrund der Rauheit vernachlässigt werden. Mit den numerischen und experimentellen Untersuchungen werden die Druck-Abstands-Kurve, die tangentiale Kontaktsteifigkeit, der Mikroschlupf und der Reibkoeffizient von verschiedenen Kontaktpaarungen ermittelt. Die Daten können verwendet werden, um das Kontaktverhalten von Fügestellen mit der Methode der Finiten Elemente zu modellieren. KW - Kontaktmechanik KW - Welligkeit KW - Fraktal KW - Simulation KW - Experiment CY - Erlangen PB - Universitätsbibliothek der Universität Erlangen-Nürnberg AD - Universitätsstraße. 4, 91054 Erlangen L2 - http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus/volltexte/2010/1830 ER -