Markus He – författare

This book is dedicated to Prof. Dr. rer. nat. Valentin L. Popov, who has become an internationally recognized leading figure in the field of tribology within the past 35 years. He has collaborated with numerous scientists and researchers all over the world. His countless publications cover not only research contributions to classical tribology in mechanical engineering, but also to more modern fields such as nanotribology or biotribology. They include experimental investigations, theoretical approaches, and numerical simulations from the nanoscale to the macroscale. In tribute to the outstanding work of Prof. Popov, this book brings together advanced contributions in the field of tribology written by more than 40 distinguished scientists and researchers.

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Das Werk beschreibt erstmalig in einer geschlossenen Form eine Simulationsmethode zur schnellen Berechnung von Kontakteigenschaften und Reibung zwischen rauen Oberflächen.

Im Unterschied zu bestehenden Simulationsverfahren basiert die Methode der Dimensionsreduktion (MDR) auf einer exakten Abbildung verschiedener Klassen von dreidimensionalen Kontaktproblemen auf Kontakte mit eindimensionalen Bettungen. Innerhalb der MDR wird jedoch nicht nur die Dimension von drei auf eins reduziert, sondern gleichermaßen sind voneinander unabhängige Freiheitsgrade gegeben. Die MDR beinhaltet daher eine enorme Reduktion sowohl der Entwicklungszeit für die numerische Implementierung von Kontaktproblemen als auch der direkten Rechenzeit und kann letztlich in der Tribologie eine ähnliche Rolle einnehmen wie FEM in der Strukturmechanik oder bekannte CFD-Löser in der Hydrodynamik. Darüber hinaus erleichtert sie in hohem Maße analytische Berechnungen und bietet eine Art “Taschenausgabe” dergesamten Kontaktmechanik. Messungen der Rheologie der kontaktierenden Körper sowie ihrer Oberflächentopographie und Adhäsionseigenschaften finden unmittelbaren Eingang in die Berechnung. Insbesondere ist es möglich, die gesamte Dynamik des Systems – beginnend mit der makroskopischen Systemdynamik über die makroskopische, dynamische Kontaktberechnung bis hin zum Einfluss der Rauheit – in einem numerischen Simulationsmodell zu erfassen. Die MDR erlaubt demnach die Vereinigung der charakteristischen Abläufe verschiedener Skalen.

Zielsetzung des Buches ist es, einerseits die Berechtigung und Zuverlässigkeit der Methode zu belegen, andererseits ihre äußerst einfache Handhabung interessierten Praktikern zu erklären.

This book describes for the first time a simulation method for the fast calculation of contact properties and friction between rough surfaces in a complete form. In contrast to existing simulation methods, the method of dimensionality reduction (MDR) is based on the exact mapping of various types of three-dimensional contact problems onto contacts of one-dimensional foundations. Within the confines of MDR, not only are three dimensional systems reduced to one-dimensional, but also the resulting degrees of freedom are independent from another. Therefore, MDR results in an enormous reduction of the development time for the numerical implementation of contact problems as well as the direct computation time and can ultimately assume a similar role in tribology as FEM has in structure mechanics or CFD methods, in hydrodynamics. Furthermore, it substantially simplifies analytical calculation and presents a sort of “pocket book edition” of the entirety contact mechanics. Measurements of the rheology of bodies in contact as well as their surface topography and adhesive properties are the inputs of the calculations. In particular, it is possible to capture the entire dynamics of a system – beginning with the macroscopic, dynamic contact calculation all the way down to the influence of roughness – in a single numerical simulation model. Accordingly, MDR allows for the unification of the methods of solving contact problems on different scales. The goals of this book are on the one hand, to prove the applicability and reliability of the method and on the other hand, to explain its extremely simple application to those interested.