Fluiddynamik an der Grenzfläche gummielastischer Festkörper

• Antragsteller: Professor Dr. Gert Heinrich; Dr. Bo Nils Johann Persson
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272908054

Das dynamische Verhalten von Flüssigkeiten im Kontaktbereich fester Körper mit Oberflächenrauheit ist ein Thema von wesentlicher praktischer Bedeutung z. B., für die Reibung zwischen Reifen und Straße, die Geräuschentwicklung von Scheibenwischern, der Stick-Slip Bewegung von Gummikolben in Spritzen oder der Leckage eines Fluids durch eine Dichtfläche. In Systemen in denen dass Fluid die Berührungsfläche benetzt (kein Entnetzungsvorgang) kann der Einfluss der Oberflächenrauheit auf die Flüssigkeitsströmung mithilfe sogenannter Flussfaktoren beschrieben werden. Wir haben eine Methode entwickelt diese Flussfaktoren zu berechnen indem wir die "Effective Medium Theory" von D.A.G. Bruggeman mit der Kontaktmechaniktheorie von B.N.J. Persson kombinieren.Dieser Ansatz berücksichtigt jedoch nicht die Deformation der Oberflächenunebenheiten durch die Druckverteilung des Fluids.In diesem Einzelantrag der Teil des Vorschlagspaketes "Dewetting and Adhesion between Rubber and (irregular) Rough Surfaces: From Molecular Basics to Engineering Contacts" ist wird die Erweiterung dieses Ansatzes diskutiert um diesen Effekt zu berücksichtigen und dessen Einfluss auf, z.B., die Mischreibung oder das Verdrängen eines Fluids aus der Kontaktzone zu überprüfen.In vielen Anwendungen ist der dünne Flüssigkeitsfilm nicht stabil sodass Entnetzungsvorgänge auftreten die, vor allem bei geringen Gleitgeschwindigkeiten, maßgeblichen Einfluss auf die Reibung bewegter Kontakte sowie auf die Leckage statischer und dynamischer Dichtsysteme haben.Entnetzungsvorgänge treten zum Beispiel auf bei Scheibenwischern auf hydrophobem (z.B.. mit Wachs beschichtetem) Glas bei niedrigen Gleitgeschwindigkeiten was zu Stick-Slip Effekten, schlechter Wischleistung und Lärmentstehung führt.Diese Probleme motivieren die Erweiterung der bereits vorhandenen Flüssigkeitsdynamiktheorie auf entnetzende Systeme. Wir werden zunächst die kritische Gleitgeschwindigkeit bestimmen, v = vc, ab der Entnetzung auftritt und untersuchen wie der (negative) Spreitdruck (die treibende Kraft für Entnetzung) die Flussfaktoren bei Geschwindigkeiten v < vc beeinflusst.Wir werden weiterführend anhand experimenteller Modelluntersuchungen die Theorie testen und die Ergebnisse der Projektpartner aus diesem gebündelten Antrag theoretisch analysieren. Das Ziel ist letztendlich die Entwicklung neuer numerischer Methoden um die Flüssigkeitsströmung im Kontaktbereich fester Körper mit Oberflächenrauheit für benetzende und entnetzende Flüssigkeit-Festkörper Paarungen zu berechnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen