Der Einfluss von Oberflächenbeschaffenheit und -rauhigkeit auf Scher- und Druckkräfte in tribologischen Anwendungen wird mit Hilfe numerischer Simulationen und unter Berücksichtigung der Geometrie realer Oberflächenelemente analysiert. Topografische Daten der repräsentativen Oberflächenstrukturen werden mit hoher räumlicher Auflösung mit einer optischen Interferenzmethode erzeugt. Das dreidimensionale Geschwindigkeitsfeld im Schmierfilm wird mit Hilfe der Lattice Boltzmann Methode für laminare Strömungen von Newtonschen Flüssigkeiten berechnet. Aus diesem Geschwindigkeitsfeld werden durch Vergleich mit der Reynoldsschen Differentialgleichung die Druck- und Scherflussfaktoren bestimmt. Dieser Ansatz erlaubt eine effiziente Bestimmung der hydrodynamischen Parameter mikrostrukturierter Flächen. Speziell der Einfluss von herstellungsbedingten Anisotropien der Oberflächentexturen auf die hydrodynamische Tragfähigkeit und Reibung wird erfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass detaillierte numerische Simulationen geeignet sind, um effizient und genau die charakteristischen Eigenschaften von tribologischen Schmierfilmen zu berechnen und so einen Beitrag dazu leisten können, EHD Probleme besser zu verstehen und zu prognostizieren.

Detail der Isoflächen der Geschwindigkeitskomponente in Strömungsrichtung für den Druckfluss am Kurbelwellenelement mit anisotroper Oberflächenrauhigkeit. Links: Durchströmung axial, rechts quer zu anisotropen Strukturen.

Partner

Institut für Tribologie und Energieumwandlungsmaschinen, TU Clausthal

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Gunther Brenner

Publikationen

1. G. Brenner, A. Al-Zoubi: Determination of Lubrication Characteristics of Bearings using the lattice Boltzmann Method, to appear in Proceedings of the Parallel CFD Conference, Washington, 2005.
2. G. Brenner, A. Al-Zoubi, M. Mukinovic, H. Schwarze, S. Swoboda, Numerical Simulation of Surface Roughness Effects in Laminar Lubrication using the lattice-Boltzmann Method, Journal Tribology, submitted.
3. H. Schwarze , S. Swoboda, G. Brenner , A. Al-Zoubi, M. Mukinovic, Numerische Simulation von Oberflächenrauhigkeitseinflüssen auf laminare Schmierfilme mit Hilfe der lattice Boltzmann Methode, Tribologie und Schmierungstechnik, 2006, zur Veröffentlichung angenommen.