Valentin L Popov – författare

Das anwendungsorientierte Buch führt in den Zusammenhang von Kontaktmechanik und Reibung ein und ermöglicht damit ein tieferes Verständnis der Tribologie. Es behandelt die eng zusammenhängenden Phänomene Kontakt, Adhäsion, Kapillarkräfte, Reibung, Schmierung und Verschleiß unter einem einheitlichen Gesichtspunkt. Der Autor geht ein auf (1) Methoden zur groben Abschätzung von tribologischen Größen, (2) Methoden zur analytischen Berechnung in einem minimal erforderlichen Umfang und (3) den Übergang zu numerischen Simulationsmethoden. Damit vermittelt er einen einheitlichen Blick auf tribologische Prozesse in verschiedenen Skalen (von der Nanotribologie bis zur Erdbebenforschung).

Auch systemdynamische Aspekte von tribologischen Systemen, wie Quietschen und seine Bekämpfung sowie andere Typen von Instabilitäten und Musterbildung werden vermittelt.

Aufgaben mit durchgerechneten Lösungen zu einzelnen Kapiteln dienen der Vertiefung und praktischen Anwendung des behandelten Stoffs.

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.

Das anwendungsorientierte Buch führt in den Zusammenhang von Kontaktmechanik und Reibung ein und ermöglicht damit ein tieferes Verständnis der Tribologie. Es behandelt die eng zusammenhängenden Phänomene Kontakt, Adhäsion, Kapillarkräfte, Reibung, Schmierung und Verschleiß unter einem einheitlichen Gesichtspunkt. Der Autor geht ein auf (1) Methoden zur groben Abschätzung von tribologischen Größen, (2) Methoden zur analytischen Berechnung in einem minimal erforderlichen Umfang und (3) den Übergang zu numerischen Simulationsmethoden. Damit vermittelt er einen einheitlichen Blick auf tribologische Prozesse in verschiedenen Skalen (von der Nanotribologie bis zur Erdbebenforschung).

Auch systemdynamische Aspekte von tribologischen Systemen, wie Quietschen und seine Bekämpfung sowie andere Typen von Instabilitäten und Musterbildung werden vermittelt.

Aufgaben mit durchgerechneten Lösungen zu einzelnen Kapiteln dienen der Vertiefung und praktischen Anwendung des behandelten Stoffs.

Neu an der 3. Auflage sind: eine ausführlichere Darstellung der elastohydrodynamischen Schmierung, ein erweitertes und aktualisiertes Kapitel zu numerischen Simulationsmethoden in der Kontaktmechanik, die Erweiterung des Kapitels „Verschleiß“ durch Diskussion und Berechnung von Fretting sowie zahlreiche neue Aufgaben und Fallbeispiele, welche den Wert des Buches als Nachschlagewerk wesentlich erhöhen.

This application-oriented book introduces readers to the associations and relationships between contact mechanics and friction, providing them with a deeper understanding of tribology. It addresses the related phenomena of contacts, adhesion, capillary forces, friction, lubrication, and wear from a consistent point of view. The author presents (1) methods for rough estimates of tribological quantities, (2) simple and general methods for analytical calculations, and (3) the crossover into numerical simulation methods, the goal being to convey a consistent view of tribological processes at various scales of magnitude (from nanotribology to earthquake research).

The second edition has been extended with a more detailed exposition of elastohydrodynamic lubrication, an updated chapter on numerical simulation methods in contact mechanics, a new section on fretting in the chapter on wear, as well as numerous new exercises and examples, which help to make the book an excellent reference guide. 

The book contains a structured collection of complete solutions to all relevant plane contact problems. Classic profiles – such as the cylinder, the wedge, or the rectangular flat punch – are considered under centric and eccentric loading, but also a variety of other technically relevant shapes, such as the flat punch with rounded edges, the wedge with rounded tip, or wavy surfaces. With regard to the load configuration, adhesive and non-adhesive normal contacts, tangential contacts, and rolling contacts are considered. The materials considered are elastic isotropic, transversally isotropic, viscoelastic, and functionally graded media. The solutions given are derived in the simplest way available, and, in addition to the macroscopic relationships between load and contact configuration, include the stress fields in the surface and, where applicable, within the contacting bodies.