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- 2001 (1)
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- Doctoral Thesis (1)
Language
- German (1)
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Keywords
- Polyetheretherketon (1)
- Verschleißmodelle (1)
Faculty / Organisational entity
Die Arbeit entstand vor dem Hintergrund, daß bestehende Verschleißmodelle sich nicht
beliebig auf jedes tribologische System übertragen lassen. Aus diesem Grund sollte auf Basis
der finiten Elemente ein Werkzeug zum grundlegenden Verständnis der Gleitverschleißmechanismen
geschaffen werden, welches systemunabhängig einsetzbar ist.
Zur Gleitverschleißmodellierung mit Hilfe der Methode der finiten Elemente (FE) mußte
vorab eine genaue Bestimmung der Verschleißmechanismen sowie der Materialkennwerte zur
Charakterisierung der Kontaktverhältnisse von Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) / Stahl
Reibpaarungen durchgeführt werden. Die Reibungs- und Verschleißeigenschaften des
genannten tribologischen Systems wurden mittels Modellverschleißversuchen nach dem Stift-
Scheibe-Verfahren innerhalb eines Temperaturbereiches von Raumtemperatur bis T=180°C
bestimmt. Eine mechanische Charakterisierung erfolgte anhand von Zug-, Druck- und
Scherversuchen auf einer statischen Prüfmaschine. Die verschlissenen Probenoberflächen
wurden anschließend mit verschiedenen mikroskopischen Verfahren charakterisiert.
Wichtigstes Ergebnis dieser Untersuchungen war die starke Abhängigkeit des
Verschleißbetrages und der wirkenden Verschleißmechanismen von der Faserorientierung
und der Prüftemperatur.
Zur Berechnung der Spannungszustände im Reibkontakt wurde ein dreidimensionaler
anisotroper Kontaktalgorithmus entwickelt. Zur Überprüfung dieses Kontaktalgorithmus
wurden Kugeleindruckversuche an endlos kohlenstoffaserverstärktem PEEK durchgeführt. Es
konnte gezeigt werden, daß die Modellierung sehr gut mit den experimentellen Ergebnissen
übereinstimmte.
Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde dieser Algorithmus zur Modellierung der wahren
Kontaktverhältnisse herangezogen. Eine mikromechanische Charakterisierung der Materialien
sowie die Bestimmung der Verschleißmechanismen unter Einzelrauhigkeitsspitzenkontakt wurde mit Hilfe von Mikrohärteversuchen bzw. Kratzversuchen durchgeführt. Die Ergebnisse
der Spannungsanalyse bestätigen die experimentell ermittelten Versagens- bzw.
Verschleißmechanismen unter Belastung einzelner Rauhigkeitsspitzen. Im Falle normaler
Faserorientierung fanden Spannungsüberhöhungen in den Fasern und im Faser/Matrix-
Grenzbereich statt, welche zu Faserbruch und Faser/Matrix-Delamination führen können. Unter paralleler und antiparalleler Faserorientierung wurden die Fasern hauptsächlich
Biegung ausgesetzt. Weiterhin herrschten im Faser/Matrix-Grenzbereich Scherspannungen,
die zu Faser/Matrix-Delamination führen.
Eine Modellierung des thermischen Verhaltens einer CF/PEEK - Stahl - Reibpaarung zeigte,
daß im Kontaktbereich Schmelztemperaturen vorliegen können. Weiterhin war eine starke
Abhängigkeit des Wärmeflusses von der Faserorientierung zu verzeichnen. Anhand der
Definition von Peclet-Nummern für anisotrope Verbundwerkstoffe konnte, abhängig von der
Faserorientierung, zwischen langsam und schnell gleitenden Reibpaarungen unterschieden
werden.
Es konnte gezeigt werden, daß sich mit Hilfe der Methode der finiten Elemente über
herrschende Spannungszustände in sehr guter Annäherung die Gleitverschleißmechanismen
von CF/PEEK - Stahl - Reibpaarungen beschreiben lassen. Letze Aufgabe bleibt nun die
Bestimmung einer Kenngröße zur Abschätzung des Materialverschleißes in Abhängigkeit von
den Spannungszuständen im Mikrobereich.