Bartel Simulation von Tribosystemen

Grundlagen und Anwendungen
2010
ISBN: 978-3-8348-9656-8
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 188 Seiten, eBook

Dr.-Ing. habil. Dirk Bartel ist Privatdozent an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und arbeitet seit vielen Jahren erfolgreich auf dem Gebiet der Tribologie.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Bartel, Dirk

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;8
3;Formelzeichen, Benennungen, Einheiten;10
3.1;Lateinische Buchstaben;10
3.2;Griechische Buchstaben;12
3.3;Häufig verwendete Indizes;14
3.4;Abkürzungen;14
4;Abbildungsverzeichnis;16
5;Tabellenverzeichnis;20
6;1 Grundgleichungen der Hydrodynamik;21
6.1;1.1 Masseerhaltung (Kontinuitätsgleichung);23
6.2;1.2 Impulserhaltung (Navier-Stokes-Gleichungen);24
6.3;1.3 Energieerhaltung (Energiegleichung);32
7;2 Verallgemeinerte Reynolds’scheDifferenzialgleichung;41
7.1;2.1 Herleitung;41
7.2;2.2 Randbedingungen;50
7.3;2.3 Kavitation;50
7.3.1;2.3.1 Nichtmasseerhaltende Kavitationsmodelle;52
7.3.2;2.3.2 Masseerhaltende Kavitationsmodelle;52
8;3 Raue Oberflächen;59
8.1;3.1 Kontakt rauer Oberflächen;59
8.2;3.2 Werkstoffbeanspruchung;68
8.3;3.3 Mikrohydrodynamik rauer Oberflächen;76
8.3.1;3.3.1 Direkte Kopplung von Mikro- und Makrohydrodynamik;76
8.3.2;3.3.2 Indirekte Kopplung von Mikro- und Makrohydrodynamik;79
8.3.2.1;3.3.2.1 Druckflusssimulation;84
8.3.2.2;3.3.2.2 Scherflusssimulation;89
8.3.2.3;3.3.2.3 Modifikation der makrohydrodynamischen Gleichungen;93
9;4 Reibung;95
9.1;4.1 Festkörperreibung;96
9.1.1;4.1.1 Deformationskomponente der Festkörperreibung;99
9.1.2;4.1.2 Adhäsionskomponente der Festkörperreibung;104
9.2;4.2 Flüssigkeitsreibung;107
9.3;4.3 Mischreibung;110
10;5 Temperaturberechnung;117
10.1;5.1 Energiegleichung für das Fluid;117
10.2;5.2 Energiegleichung für die Festkörper;119
11;6 Schmierstoffeigenschaften;129
11.1;6.1 Temperatur- und Druckabhängigkeit der Dichte;129
11.2;6.2 Temperatur- und Druckabhängigkeit derWärmeleitfähigkeit;132
11.3;6.3 Temperatur- und Druckabhängigkeit der spezifischenWärmekapazität;135
11.4;6.4 Temperatur- und Druckabhängigkeit der Viskosität;139
11.5;6.5 Schergefälleabhängigkeit der Viskosität;142
12;7 Elastohydrodynamik;146
12.1;7.1 Quasistatische Kopplung von Hydrodynamik und Verformung;146
12.2;7.2 Dynamische Kopplung von Hydrodynamik und Verformung;148
13;8 Ausgewählte Simulationsbeispiele;149
13.1;8.1 Stationäres Radialgleitlager – Vergleich von Navier-Stokes-Gleichungen und Reynolds’scher Differenzialgleichung;149
13.2;8.2 Einfluss von Lagerumgebung und Schiefstellung auf dasBetriebsverhalten von Radialgleitlagern;152
13.3;8.3 Pleuellagerung eines Verbrennungsmotors;158
13.4;8.4 Oszillierendes Axialgleitlager in einer Einspritzpumpe;165
13.5;8.5 Wälzbeanspruchter rauer Linienkontakt;171
14;9 Zusammenfassung und Ausblick;175
15;Literatur;179

Grundgleichungen der Hydrodynamik.- Verallgemeinerte Reynolds'sche Differenzialgleichung.- Raue Oberflächen.- Reibung.- Temperaturberechnung.- Schmierstoffeigenschaften.- Elastohydrodynamik.- Ausgewählte Simulationsbeispiele.- Zusammenfassung und Ausblick.

Leseproben

4 Reibung (S. 75-76)

In Anlehnung an [57] ist Reibung auf Wechselwirkungen zwischen sich berührenden Stoffbereichen von Körpern zurückzuführen, die einer Relativbewegung der Körper entgegenwirken. Wie in der Physik soll auch hier der Begriff „Körper“ stellvertretend für alles stehen, was eine Masse hat und einen Raum einnimmt. Körper bestehen aus Stoffen, die fest, flüssig oder gasförmig sein können. Je nach Bewegungzustand der Körper kann in Reibung ohne Relativbewegung (Haftreibung oder statische Reibung) und Reibung mit Relativbewegung (Bewegungsreibung oder dynamische Reibung) unterschieden werden.

In Abhängigkeit von der Zugehörigkeit der am Reibungsprozeß beteiligten Stoffbereiche kann äußere oder innere Reibung vorliegen. Bei äußerer Reibung sind die sich berührenden Stoffbereiche verschiedenen Körpern, bei innerer Reibung ein und demselben Körper zugehörig. Weiterhin lassen sich mehrere Reibungszustände unterscheiden. Festkörperreibung ist die Reibung zwischen bzw. innerhalb von Stoffbereichen mit Festkörpereigenschaften. So kann die Festkörperreibung als äußere Reibung, hervorgerufen durch Adhäsion zwischen verschiedenen Stoffbereichen, und als innere Reibung, hervorgerufen durch Deformation innerhalb eines Stoffbereiches, vorliegen. Sind sich berührende Stoffbereiche von einer festen Grenzschicht bedeckt (z.B. Oxidschicht), wird dies Grenzschichtreibung genannt.

Handelt es sich hingegen um einen sehr dünnen Grenzfilm (z.B. Adsorptionsschicht), wird von Grenzreibung gesprochen. Flüssigkeitsreibung ist die innere Reibung im Stoffbereich mit Flüssigkeitseigenschaften, Gasreibung die innere Reibung im Stoffbereich mit Gaseigenschaften. Mischreibung nennt man jede Mischform der zuvor genannten Reibungszustände, am häufigsten jedoch das gleichzeitige Vorhandensein von Festkörper- und Flüssigkeitsreibung. Die Wirkung der Reibung ist durch eine Reibungskraft und eine Reibungsarbeit/-energie gekennzeichnet. Reibungsenergie ist der durch Energiedissipation und Energieakkumulation entstehende Verlust an aufgebrachter mechanischer Energie während des Reibungsprozesses.

Die Darstellung der Reibung erfolgt im Allgemeinen als Reibungskraft und Reibungszahl, die sich aus dem Verhältnis von wirkender Reibungs- und wirkender Normalkraft ergibt. Je nach Betrachtungsraum liegt eine makroskopische, mikroskopische/mesoskopische und molekulare Betrachtung der Reibung vor. Dementsprechend existieren Makro-, Mikro/Meso- und Molekularmodelle der Reibung. Die molekularen Modelle, die die Ursachen der Reibung durch molekulare bzw. atomare Wechselwirkungen beschreiben, stehen zum gegenwärtigen Zeitpunkt für eine geschlossene Reibungsberechnung nicht in vollem Umfang zur Verfügung.

Zu vielfältig sind die auf die Reibung Einfluss nehmenden Faktoren. Sie werden aber zukünftig einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Elementarprozesse der Reibung liefern. Mikro/Mesomodelle, die die Wirkung der Reibung auf mikroskopischer/mesoskopischer Skala beschreiben, gestatten eine Auflösung der makroskopisch durch Versuche feststellbaren Auswirkungen (Makromodelle) bis in den Mikro/Mesobereich bzw. eine Berücksichtigung von molekularen Ansätzen zur Beschreibung von Einzelprozessen und stellen so ein Bindeglied zwischen den Makro- und Molekularmodellen dar.

Über Autor(innen)

Dr.-Ing. habil. Dirk Bartel ist Privatdozent an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und arbeitet seit vielen Jahren erfolgreich auf dem Gebiet der Tribologie.