Numerische Auslegung von Oberflächenmikrotexturen für geschmierte tribologische Kontakte

Numerical design of surface micro-textures for lubricated tribological contacts

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-170789
  • Trotz einer Vielzahl an experimentellen und theoretischen Untersuchungen in der Literatur befindet sich der Ansatz der Oberflächenmikrotexturierung zur Steuerung von Reibung und Verschleiß in Tribo-Kontakten noch immer in der Trial-and-error-Phase. Ein ausbleibender Einzug in die industrielle Serienanwendung liegt insbesondere daran, dass der Einfluss auf das tribologische Verhalten und vorteilhafte Mikrotexturgeometrien und -anordnungen von der jeweiligen Kontaktart und den Betriebsbedingungen bedingt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher eine Vorgehensweise zur Gestaltung von Oberflächenmikrotexturen erarbeitet. Den zentralen Kern bildeten dabei Simulationsmodelle zur numerischenTrotz einer Vielzahl an experimentellen und theoretischen Untersuchungen in der Literatur befindet sich der Ansatz der Oberflächenmikrotexturierung zur Steuerung von Reibung und Verschleiß in Tribo-Kontakten noch immer in der Trial-and-error-Phase. Ein ausbleibender Einzug in die industrielle Serienanwendung liegt insbesondere daran, dass der Einfluss auf das tribologische Verhalten und vorteilhafte Mikrotexturgeometrien und -anordnungen von der jeweiligen Kontaktart und den Betriebsbedingungen bedingt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde daher eine Vorgehensweise zur Gestaltung von Oberflächenmikrotexturen erarbeitet. Den zentralen Kern bildeten dabei Simulationsmodelle zur numerischen Vorhersage des tribologischen Verhaltens von Mikrotexturen in geschmierten Kontakten basierend auf der Finite Elemente Methode. Die Möglichkeit zur maßgeschneiderten Auslegung der Mikrotexturgeometrie wurde durch ein Meta-Modell of Optimal Prognosis in Verbindung mit evolutionären Optimierungsalgorithmen geschaffen. Die Eignung und Validität wurde durch Anwendung für verschiedene hydrodynamische sowie harte und weiche elastohydrodynamische Kontakte von der Modell- bis hin zur Komponentenebene sowie durch begleitende experimentelle Untersuchungen aufgezeigt. Die Implementierung in kommerzieller Software sowie die Ableitung verallgemeinerter Gestaltungsrichtlinien erlauben zukünftig insbesondere die breite Nutzbarkeit durch Forschende und Entwicklungsingenieur*innen für verschiedene Anwendungen.show moreshow less
  • Despite the large numbers of experimental and theoretical investigations in literature, the approach of surface micro-texturing to control friction and wear of tribological contacts is still in a trial-and-error phase. The main reason for the lack of industrial scale implementation is that the tribological behavior and advantageous micro-texture geometries and arrangements largely depend on the contact type and the operating conditions. Within the scope of this thesis, a methodology for designing micro-textures was developed. The main focus was on simulation models for the numerical prediction of the tribological behavior of micro-textures in lubricated contacts based on the Finite ElementDespite the large numbers of experimental and theoretical investigations in literature, the approach of surface micro-texturing to control friction and wear of tribological contacts is still in a trial-and-error phase. The main reason for the lack of industrial scale implementation is that the tribological behavior and advantageous micro-texture geometries and arrangements largely depend on the contact type and the operating conditions. Within the scope of this thesis, a methodology for designing micro-textures was developed. The main focus was on simulation models for the numerical prediction of the tribological behavior of micro-textures in lubricated contacts based on the Finite Element Method. The possibility of tailor-made micro-texture designs was provided by a meta-model of optimal prognosis in combination with evolutionary optimization algorithms. The suitability and validity of these approaches have been demonstrated by application to various hydrodynamic, hard and soft elastohydrodynamic contacts from the model to the component level, as well as by accompanying experimental investigations. In the future, the implementation in commercially available software as well as the development of generalized design guidelines will allow the broad usability by researchers and engineers for various applications.show moreshow less

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Metadaten
Author:Max MarianORCiD
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-170789
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-440-0
ISBN:978-3-96147-440-0
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (372)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Tino Hausotte, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Sandro Wartzack, Carsten Gachot
Advisor:Sandro Wartzack
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2021
Date of online publication (Embargo Date):2021/08/25
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2021/07/26
Release Date:2021/08/26
Tag:Oberflächenmikrotexturen
SWD-Keyword:Tribologie; Hydrodynamik; Elastohydrodynamik; Reibung; Verschleiß; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xviii, 276 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-439-4
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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