Kontaktmechanik und Reibung - Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation

Neu an der 2. Auflage ist: Das neue Kapitel 20 - Erdbeben und Reibung.
Der neue Paragraph 14.6 - Elastohydrodynamik im Kapitel 14.
Und insgesamt 10 neue Aufgaben.
Das anwendungsorientierte Buch führt in den Zusammenhang von Kontaktmechanik und Reibung ein und ermöglicht damit ein tieferes Verständnis der Tribologie. Es behandelt die eng zusammenhängenden Phänomene Kontakt, Adhäsion, Kapillarkräfte, Reibung, Schmierung und Verschleiß unter einem einheitlichen Gesichtspunkt. Der Autor geht ein auf (1) Methoden zur groben Abschätzung von tribologischen Größen, (2) Methoden zur analytischen Berechnung in einem minimal erforderlichen Umfang und (3) den Übergang zu numerischen Simulationsmethoden. Damit vermittelt er einen einheitlichen Blick auf tribologische Prozesse in verschiedenen Skalen (von der Nanotribologie bis zur Erdbebenforschung).
Auch systemdynamische Aspekte von tribologischen Systemen, wie Quietschen und seine Bekämpfung sowie andere Typen von Instabilitäten und Musterbildung werden vermittelt.
Aufgaben mit durchgerechneten Lösungen zu einzelnen Kapiteln dienen der Vertiefung und praktischen Anwendung des behandelten Stoffs.

List of contents

Inhaltsverzeichnis
1 Einführung.......................................................................................................... 1
1.1 Kontakt- und Reibungsphänomene und ihre Anwendung ........................... 1
1.2 Zur Geschichte der Kontaktmechanik und Reibungsphysik........................ 3
1.3 Aufbau des Buches ...................................................................................... 7
2 Qualitative Behandlung des Kontaktproblems - Normalkontakt ohne
Adhäsion ................................................................................................................ 9
2.1 Materialeigenschaften................................................................................ 10
2.2 Einfache Kontaktaufgaben......................................................................... 13
2.3 Qualitative Abschätzungsmethode für Kontakte mit einem
dreidimensionalen elastischen Kontinuum ...................................................... 17
Aufgaben ......................................................................................................... 21
3 Qualitative Behandlung eines adhäsiven Kontaktes ..................................... 25
3.1 Physikalischer Hintergrund........................................................................ 26
3.2 Berechnung der Adhäsionskraft zwischen gekrümmten Oberflächen ....... 30
3.3 Qualitative Abschätzung der Adhäsionskraft zwischen
elastischen Körpern ................................................................................... 31
3.4 Einfluss der Rauigkeit auf Adhäsion ......................................................... 33
3.5 Klebeband.................................................................................................. 34
3.6 Weiterführende Informationen über van-der-Waals-Kräfte und
Oberflächenenergien........................................................................................ 35
Aufgaben ......................................................................................................... 36
4 Kapillarkräfte................................................................................................... 41
4.1 Oberflächenspannung und Kontaktwinkel................................................. 41
4.2 Hysterese des Kontaktwinkels ................................................................... 45
4.3 Druck und Krümmungsradius der Oberfläche........................................... 45
4.4 Kapillarbrücken ......................................................................................... 46
4.5 Kapillarkraft zwischen einer starren Ebene und einer starren Kugel......... 47
4.6 Flüssigkeiten auf rauen Oberflächen ......................................................... 48
4.7 Kapillarkräfte und Tribologie .................................................................... 49
Aufgaben ......................................................................................................... 50
5 Rigorose Behandlung des Kontaktproblems - Hertzscher Kontakt............ 57
5.1 Deformation eines elastischen Halbraumes unter der Einwirkung von
Oberflächenkräften.................................................................................... 58
5.2 Hertzsche Kontakttheorie .......................................................................... 61
viii Inhaltsverzeivhnis
5.3 Kontakt zwischen zwei elastischen Körpern mit gekrümmten
Oberflächen ...............................................................................................63
5.4 Kontakt zwischen einem starren kegelförmigen Indenter und
dem elastischen Halbraum.........................................................................65
5.5 Innere Spannungen beim Hertzschen Kontakt...........................................66
Aufgaben .........................................................................................................69
6 Rigorose Behandlung des Ko

About the author

Popov, V. L.: Kontaktmechanik und Reibung Obwohl Ingenieure, Physiker und angewandte Mathematiker - wie Euler, Coulomb und Hertz - seit Jahrhunderten Kontaktmechanik und Reibung intensiv erforschen, hat sich bis heute kein Standardwerk über die Thematik, geschweige denn ein Lehrbuch, etabliert. Dies liegt nur zum Teil an der Breite der Materie, deren Studium prinzipiell fundierte Kenntnisse der Mechanik kontinuierlicher Medien sowie der Werkstoffwissenschaften und diverser Gebiete der Physik voraussetzt. Die größte Schwierigkeit liegt darin, dass es keine allgemein verwendbaren Formalismen gibt, wie z. B. die klassische Störungstheorie oder die statistische Mechanik, mithilfe derer man systematisch tribologische Fragestellungen in Angriff nehmen könnte. Infolgedessen besitzen etliche Abhandlungen über das Thema lediglich Bilderbuchcharakter oder aber überfordern selbst gut gebildete und begabte Studenten. Mit seinem Buch hat Valentin Popov einen guten Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen gefunden: Es enthält viele Erklärungen und Modellrechnungen, die der Essenz der gegebenen Frage gerecht werden, diese aber nicht komplizierten Formalismen unterwirft. Somit wird der Leser in die Lage versetzt, mithilfe guter Intuition und einfacher phänomenologischer Ansätze zumindest semi-quantitative Lösungen für etliche Probleme zu erarbeiten. Die 19 Kapitel des Buches behandeln viele ingenieurwissenschaftliche und physikalische Aspekte der Tribologie. Darunter sind mikroskopische Modelle zum Ursprung der Reibung und des Supergleitens, der Rollkontakt, der reibungsinduzierte Verschleiß von Materialien, die Rheologie von Schmiermitteln und das Quietschen von Bremsen. Die Gliederung des Buches ist dabei ausgesprochen gelungen - insbesondere die Darstellung des Hertzschen Kontaktes und dessen Verallgemeinerungen. Leider fehlt die neue und viel versprechende Perssonsche Kontaktmechanik-Theorie, stattdessen wurde der zwar etablierten, aber dennoch auf falschen Annahmen basierenden Greenwood-Williamson-Theorie der Vorzug gegeben. Eine ausgesprochene Stärke des Buches sind die zahlreichen gelösten Übungsaufgaben am Ende eines jeden Kapitels. Damit wird es für die Lehre von großem Nutzen sein, auch wenn die Finesse mancher Rechnung erst mit Mühe nachvollziehbar ist. Sollte man als Lehrender die Präsentation im Detail aufbereiten oder als Forschender tiefer in die Materie einsteigen wollen, so gibt es knappe und gut gewählte Verweise auf die einschlägige Literatur. Insgesamt ist "Kontaktmechanik und Reibung" eine gut gelungene, wenn nicht sogar eine dringend notwendige Bereicherung für die Tribologie. Wenn das Buch didaktisch noch etwas weiterentwickelt wird, sollte es sich als Standardwerk etablieren können. Prof. Dr. Martin Müser, Universität des SaarlandesPhysikjournal http://www.pro-physik.de/Phy/bookReviewDetail/3/66098

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Popov, V. L.: Kontaktmechanik und Reibung
Obwohl Ingenieure, Physiker und angewandte Mathematiker - wie Euler, Coulomb und Hertz - seit Jahrhunderten Kontaktmechanik und Reibung intensiv erforschen, hat sich bis heute kein Standardwerk über die Thematik, geschweige denn ein Lehrbuch, etabliert. Dies liegt nur zum Teil an der Breite der Materie, deren Studium prinzipiell fundierte Kenntnisse der Mechanik kontinuierlicher Medien sowie der Werkstoffwissenschaften und diverser Gebiete der Physik voraussetzt. Die größte Schwierigkeit liegt darin, dass es keine allgemein verwendbaren Formalismen gibt, wie z. B. die klassische Störungstheorie oder die statistische Mechanik, mithilfe derer man systematisch tribologische Fragestellungen in Angriff nehmen könnte. Infolgedessen besitzen etliche Abhandlungen über das Thema lediglich Bilderbuchcharakter oder aber überfordern selbst gut gebildete und begabte Studenten. Mit seinem Buch hat Valentin Popov einen guten Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen gefunden: Es enthält viele Erklärungen und Modellrechnungen, die der Essenz der gegebenen Frage gerecht werden, diese aber nicht komplizierten Formalismen unterwirft. Somit wird der Leser in die Lage versetzt, mithilfe guter Intuition und einfacher phänomenologischer Ansätze zumindest semi-quantitative Lösungen für etliche Probleme zu erarbeiten. Die 19 Kapitel des Buches behandeln viele ingenieurwissenschaftliche und physikalische Aspekte der Tribologie. Darunter sind mikroskopische Modelle zum Ursprung der Reibung und des Supergleitens, der Rollkontakt, der reibungsinduzierte Verschleiß von Materialien, die Rheologie von Schmiermitteln und das Quietschen von Bremsen. Die Gliederung des Buches ist dabei ausgesprochen gelungen - insbesondere die Darstellung des Hertzschen Kontaktes und dessen Verallgemeinerungen. Leider fehlt die neue und viel versprechende Perssonsche Kontaktmechanik-Theorie, stattdessen wurde der zwar etablierten, aber dennoch auf falschen Annahmen basierenden Greenwood-Williamson-Theorie der Vorzug gegeben. Eine ausgesprochene Stärke des Buches sind die zahlreichen gelösten Übungsaufgaben am Ende eines jeden Kapitels. Damit wird es für die Lehre von großem Nutzen sein, auch wenn die Finesse mancher Rechnung erst mit Mühe nachvollziehbar ist. Sollte man als Lehrender die Präsentation im Detail aufbereiten oder als Forschender tiefer in die Materie einsteigen wollen, so gibt es knappe und gut gewählte Verweise auf die einschlägige Literatur. Insgesamt ist "Kontaktmechanik und Reibung" eine gut gelungene, wenn nicht sogar eine dringend notwendige Bereicherung für die Tribologie. Wenn das Buch didaktisch noch etwas weiterentwickelt wird, sollte es sich als Standardwerk etablieren können. Prof. Dr. Martin Müser, Universität des Saarlandes

Product details

• Authors: Valentin L Popov, Valentin L. Popov
• Publisher: Springer, Berlin
• Languages: German
• Product format: Paperback / Softback
• Released: 02.11.2010
• EAN: 9783642133015
• ISBN: 978-3-642-13301-5
• No. of pages: 374
• Weight: 576 g
• Illustrations: 228 SW-Abb.
• Subject: Natural sciences, medicine, IT, technology > Mathematics > Probability theory, stochastic theory, mathematical statistics