Nach wie vor existiert kein grundlegendes Verständnis zu Kontakten unter Fluideinfluss für den Fall, dass der Spalt eines tribologischen Systems nur zum Teil mit einem Fluid gefüllt ist. Dies gilt insbesondere für Systeme, bei denen der Füllgrad deutlich kleiner als 1 ist. Ein besonders interessantes Phänomen zeigte sich messtechnisch im Bereich einer minimalen Schmierung, also einem Zustand, bei dem der Füllgrad 0.1 oder kleiner ist. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass bereits kleinste Mengen an Fluid genügen, um den Reibwert erheblich zu reduzieren. Allerdings stellt eine detaillierte Charakterisierung dieses auch praktisch sehr relevanten Übergangs von Trockenreibung hin zur Minimalschmierung (man denke beispielsweise an wasserbenetzte Oberflächen) sehr viel höhere Anforderungen an die Messtechnik und vor allem auch Numerik. Im Rahmen eines DFG Projekts (Projekt Nummer 390252106) beschäftigt sich die Arbeitsgruppe Reibung und nichtlineare Dynamik mit der Modellierung und experimentellen Untersuchungen derartiger Minimalschmierkontakte.
Das geschmierte Kontaktproblem ist inhärent multiphysikalisch und betrifft die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) zwischen der Hydrodynamik des Schmiermittels (inklusive der Kavitationsblasen), den elastischen Deformationen fester Strukturen und der Reibungskontaktmechanik zwischen festen Oberflächen. Unsere Gruppe hat das Ziel, ein numerisches Modell im Rahmen der NURBS-basierten isogeometrischen Analyse (IGA) zu entwickeln, um alle diese Regime miteinander zu koppeln und den Übergang vom Festkörperkontakt zum minimal geschmierten Kontakt konsistent zu beschreiben.
Die experimentellen Untersuchungen teilgefüllter Reibspalte werden im mikroskopischen und makroskopischen Bereich durchgeführt. Zur Betrachtung des Reibspalts im makroskopischen Bereich wurde der FLUCS (Fluid Contact TriboScope) gebaut. Dabei werden zwei Ornamentglasscheiben, die als raue Oberfläche verwendet werden, rotierend gegeneinander gerieben, sodass die Fluidverteilung im Reibspalt sichtbar wird. Des Weiteren ist es möglich, die Auswirkungen unterschiedlicher Parameter zu erfassen. Die Auswirkungen auf den Reibwert im mikroskopischen Bereich werden mit einem Hochlasttribometer (kurz: HLT) untersucht. Auch in dieser Größenskala werden unterschiedliche Füllgrade verwendet und deren Auswirkung beobachtet. Ziel der experimentellen Untersuchungen ist es, einen Abgleich zu den Simulationsergebnissen zu schaffen.
Tong, Y., Müller, M., & Ostermeyer, G. P. (2021). Investigations on the dynamic influence of the contact angle on frictional sliding processes between rough surfaces using NURBS and mortar-based augmented Lagrangian method. Tribology International, 158, 106889.
Tong, Y., Müller, M., & Ostermeyer, G. P. (2022). A mortar-based cavitation formulation using NURBS-based isogeometric analysis. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 398, 115263.
Tong, Y., Müller, M., & Ostermeyer, G. P. (2023). An arbitrary Lagrangian–Eulerian formulation for the Reynolds equation considering the JFO boundary condition. PAMM, 23(3), e202300216.
