In dieser Arbeit wird der Reibkontakt von Elastomermaterialien auf rauen, starren Oberflächen untersucht. Diese Problematik ist in vielen Ingenieuranwendungen, z.B. beim Reifen-Fahrbahn-Kontakt, vorhanden. In diesem Zusammenhang werden drei Haupteinflussfaktoren betrachtet, im Einzelnen sind dies Hysteresereibung, Adhäsion und die thermomechanische Kopplung. Diese Faktoren treten in der Realität im Allgemeinen kombiniert auf. Die verwendeten Finite Element Modelle ermöglichen die Trennung der einzelnen Einflüsse und damit einen besseren Einblick in die grundlegenden Zusammenhänge. Um sowohl die Rauheit der Oberfläche als auch die viskosen Materialeigenschaften abbilden zu können, wird eine Multiskalenmethode entwickelt und verwendet, die aus den Ergebnissen der unteren Skalen jeweils ein entsprechendes Reibgesetz für die aktuelle Kontaktzone ableitet. Der Reibwiderstand ergibt sich dabei ausschließlich aus der inneren Dämpfung des Materials in Kombination mit der Rauheit der Oberfläche. Aus den numerischen Berechnungen ergibt sich ein druck- und geschwindigkeitsabhängiges Reibgesetz mit einem deutlichen Maximum für mittlere Belastlmgsfrequenzen und abnehmenden Werten für kleinere und größere Geschwindigkeiten. Die Ergebnisse der reinen Hysterese-Simulation stimmen gut mit praktischen Experimenten überein, wenn man bedenkt, dass andere Nebeneffekte hier noch nicht berücksichtigt sind. Zusätzlich wurde das Kontaktmodell für eine Adhäsionsformulierung erweitert, die die Berücksichtigung von Anziehungskräften zwischen den Kontaktoberflächen ermöglicht. Die Anwendbarkeit des Modells wird in mehreren Beispielen gezeigt. Simulationen mit vorläufigen Parametern ergeben allerdings keine relevanten Änderungen der makroskopischen Reibwerte. Der dritte Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem thermomechanisch gekoppelten Problem. Das Elastomer unterliegt während des Gleitens einer ständigen Be- und Entlastung durch die Oberflächenrauheit. Die dissipierte Energie erzeugt eine signifikante Erwärmung des Materials, die die Steifigkeitseigenschaften des Körpers beeinflusst. Dies führt wiederum zu deutlichen Veränderungen im Verlauf der Reibkoeffizienten über die Gleitgeschwindigkeit und bestätigt die praktischen Beobachtungen der starken Temperaturabhängigkeit des Problems.

    In this thesis the frictional contact behavior of elastomer materials on rough rigid surfaces is studied. This is a relevant problem in many practical applications, e.g. the contact of tires on road tracks. Three main influence factors are analyzed in this context, specifically hysteretic friction, adhesion and thermomechanical coupling. Although all those influences occur combined in reality, the used Finite Element models enable the separat.ion of these factors and a better understanding of the principle mechanisms. To cover the roughness character of the track and the viscous material properties a multiscale method is developed and applied, which transmits a friction law derived from the lower scales to the current contact zone. The frictional resistance results exclusively from the internal material damping in combination with the surface roughness. The numerical calculations result in a presure and velocity-dependent friction rule with a distinct maximum at middle loading frequencics and decreasing values for smaller and larger velocities. The results of the pure hysteretic simulations agree well with experimental results considering the missing side effects. Additionally, the contact model is cnhanced by an adhesional formulation which permits the traction forces between the contacting surfaces. The applicability of the model is shown in several examples, although calculations with preliminary parameters result in an considerable influence on the macroscopic friction coefficient.. The third part of the work deals witll the thermomechanically coupled problem. The elastomer is subject to permanent loading and unloading during sliding, track asperities. The resulting energy dissipation generates a cousiderable heating of the material, which changes the stiffness properties of the bulk. This leads to significaut changes in the run of the friction coefficient against the sliding velocity aud confirms praetieal observations of strong temperature dependencies.


    Access

    Access via TIB

    Check availability in my library

    Order at Subito €


    Export, share and cite



    Title :

    Frictional contact of elastomer materials on rough rigid surfaces


    Contributors:


    Publication date :

    2009


    Size :

    131 Seiten, Bilder, Tabellen, 76 Quellen



    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    English





    Frictional resistance and turbulent boundary layer of rough surfaces

    Granville, P.S. | Engineering Index Backfile | 1958



    Friction Analysis of Elastomer-Metal Pair Based on Rough Contact Theory

    Guoding, C. / Hua, X. / Lie, Y. | British Library Online Contents | 2002


    Display of Operating Feel of Virtual Tools in Rigid Frictional Contact with Environment

    Yoshikawa, T. / Okamoto, T. | British Library Online Contents | 1996