Design-Spaces (ABH080)

Im Rahmen des Design-Spaces Projekts wurden Metall-Metall- und Metall-Verbundwerkstoff-Kontaktprobleme, z.B. Bucklingphänomene, Rissphänomene und Delaminationsphänomene für verschiedene Produkte untersucht.

Numerische Simulationen wurden unter Berücksichtigung verschiedener Parameter wie Oberflächenrauhigkeit, Belastungsrate und Kraftneigung aus dem Versuchsaufbau durchgeführt. In einem ersten Schritt wurde die Modellierung auf der Grundlage eines globalen Ansatzes durchgeführt. Ein elasto-dynamisches Reibkontaktproblem wurde auf der gesamten Kontaktfläche mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode gelöst. Es wurde ein Teilbereich mit konzentrierter Spannung identifiziert als Kandidat für adhäsiven Verschleiß Effekt. Im zweiten Schritt wurde ein lokaler Ansatz mit der Boundary-Integral-Methode angewandt, um ein elasto-plastisches Adhäsionskontaktproblem in dem oben genannten lokalen Bereich zu lösen. Es wurde eine raue Oberfläche mit zufälliger Höhe erzeugt, die den gemessenen Oberflächenamplituden entspricht. Das lokale Kontaktproblem wurde im Fourier-Bereich des erzeugten Oberflächenspektrums gelöst, was eine um zwei Größenordnungen schnellere Lösung als die traditionelle Finite-Elemente- Methode ermöglicht. Die räumliche Verteilung der adhäsiven Kontaktkräfte sowie die Verteilung der Kontakt- und Adhäsionszonen wurden in der lokalen Kontaktfläche ermittelt.

Um die realen Bedingungen experimentell zu testen, wurde ein automatisiertes Belastungstestsystem entwickelt, hergestellt, für die Untersuchungen der Proben eingesetzt und an die produktspezifischen Anforderungen angepasst. Eine Million Belastungszyklen wurden absolviert und die Lebensdauer des Produkts wurde untersucht. Es wurden lokale Defekte auf den Probenoberflächen festgestellt und untersucht. Eine Korrelation zwischen Simulation und Messergebnissen wurde gefunden. Während des Projekts wurde auch ein neuer Partner in das Projekt aufgenommen. Für den neuen Partner wurden Form und Lage der Oberflächendefekte nach verschiedenen Belastungsbedingungen (elektrisch, mechanisch) untersucht. Für einen anderen Projektpartner wurden detaillierte AFM-Analysen durchgeführt, um Oberflächendefekte in Polymerfilmen mit Feuchtigkeitssperrbeschichtung zu untersuchen. Zur in-situ- und ex-situ- Charakterisierung möglicher Oberflächendefekte wurden unterschiedliche optische Detektionssysteme und -techniken entwickeltu und untersucht. Für die im Projekt entwickelten Methoden und Systeme wurden die Möglichkeiten und Grenzen untersucht und zusammengefasst. Durch die Nutzung des komplementären Fachwissens der verschiedenen Partner in den Bereichen physikalische Modellierung, mathematische Simulationen und experimentelle Untersuchungen wurden interessante und wertvolle Projektergebnisse erreicht.