Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5651
Main Title: Simulation von Kontaktproblemen bei linearem viskoelastischem Materialverhalten
Translated Title: Simulation of contact problems assuming a linear viscoelastic material
Author(s): Kusche, Stephan
Advisor(s): Popov, Valentin L.
Referee(s): Popov, Valentin L.
Zehn, Manfred
Pastewka, Lars
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Auf dem Gebiet der Kontaktmechanik von Körpern mit elastischen Eigenschaften sind bereits viele analytische Lösungen bekannt. Im Gegensatz dazu konnten für viskoelastische Materialien bisher nur einfachste Problemstellungen analytisch gelöst werden. Der Grund dafür ist das zeitabhängige Verhalten viskoelastischer Materialien, das bei Simulationen eine Betrachtung der Deformationsgeschichte erfordert. Lösungsverfahren für diese Klasse von Materialien sind durchaus von Interesse, da viele technisch bedeutsame Werkstoffe, wie z. B. Polymere, ein viskoelastisches Materialverhalten aufweisen. In der vorliegenden Arbeit werden die Randelementmethode (REM) und die Methode der Dimensionsreduktion (MDR) zur numerischen Lösung angewandt. Auf dem Gebiet der Kontaktmechanik elastischer Körper ist die REM bereits etabliert. Hier wird eine Möglichkeit vorgestellt, diese Methode auch für viskoelastische Materialien anzuwenden. Die MDR ist eine relativ neue Methode, deren Erforschung vor allem von Popov et al. vorangetrieben wird. Die MDR wird in dieser Arbeit parallel zur REM angewendet und ihre Eignung für die untersuchten Kontaktprobleme diskutiert. Zur Beschreibung der linearen Viskoelastizität werden rheologische Modelle verwendet, die Feder- und Dämpferelemente kombinieren. Die zeitabhängigen Materialfunktionen werden darauf aufbauend in Prony-Reihen entwickelt. Insbesondere das Kelvin- Element, das Maxwell-Element und das Standard-Modell werden untersucht. Bei allen Untersuchungen wird die Inkompressibilität der untersuchten Materialien vorausgesetzt. Ein zu untersuchendes Problem ist das Gleiten von rotationssymmetrischen Körpern sowie von fraktal rauen Körpern auf einem viskoelastischen Halbraum. Nur infolge der verzögerten Relaxation ergibt sich hierbei eine Widerstandskraft. Die daraus abgeleitete Reibzahl wird in dieser Arbeit für ausgewählte Fälle in Form von Masterkurven wiedergegeben. Darüber hinaus wird der schiefe Stoß einer starren Kugel mit einem viskoelastischen Halbraum betrachtet. Dieses Problem wird unter Berücksichtigung von partiellem Gleiten numerisch gelöst.
In the field of contact mechanics of elastic bodies many analytic solutions are well established. In contrast to this only the most simple problems have been solved for viscoelastic materials. This is so because of the time dependent behaviour of viscoelastic materials which requires to consider the loading history. Solution methods tailored to this class of materials are of interest because many relevant technical materials, like polymers, show viscoelastic behaviour. In this thesis the boundary element method (BEM) and the method of dimensionality reduction (MDR) are being used. In the field of elastic contact mechanics, the BEM is already well-established. And here one ansatz is introduced to apply this method to viscoelastic materials as well. The MDR is a comparatively new method, which has predominantly been investigated by Popov et al. This method is being applied in addition to the BEM and its aptitude is being discussed for the contact problems in question. The linear viscoelasticity is characterised by rheological models consisting of combinations of dampers and springs. Therefore the relaxation and the creep functions are modelled on Prony-series. Especially the Kelvin-Element, the Maxwell-Element and the Standard-Model are being examined. In each case incompressibility is being assumed. The first problem being examined is the sliding of a rotationally symmetric body as well as of a body showing a fractal rough surface in contact with a viscoelastic halfspace. Only because of the delayed relaxation of the material does a resisting force arise. The friction coefficient derived from this is presented in form of master-curves for chosen cases. Furthermore the oblique impact of a rigid sphere with a viscoelastic half-space is being studied. This problem is solved numerically under consideration of partial slip.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/6070
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5651
Exam Date: 16-Dec-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 27-Dec-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften
Subject(s): Randelementemethode
Methode der Dimensionsreduktion
Elastomer
viskoelastisches Materialverhalten
Masterkurve
Gleiten
Stoß
Kriechfunktion
Relaxationsfunktion
REM
MDR
boundary element method
method of dimensionality reduction
elastomer
viscoelastic material
mastercurve
creep function
relaxation function
sliding
impact
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Mechanik » Fachgebiet Systemdynamik und Reibungsphysik » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
kusche_stephan.pdf2.66 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.