Simulation und Validierung der Thermodynamik der Eisreibung von Gummi

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich ausgehend von Materialien und Problemstellungen aus der Reifenindustrie mit der FE-Simulation der Reibung eines gleitenden Gummiklotzes auf einer Eisoberfläche. Dazu wird eine Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten zwischen der Gummiprobe und der Eisoberfläche vom lokalen Kontaktdruck und der lokalen Kontakttemperatur angenommen. Die Höhe des lokalen Reibungskoeffizienten muss dabei solange angepasst werde, bis der globale Reibungskoeffizient der Simulation mit dem der Messung übereinstimmt. Es werden Simulationen mit quer- und längsgestellter Probe durchgeführt und die Ergebnisse miteinander verglichen, um die Gültigkeit der erstellten Beziehung unabhängig von der Probengeometrie zu prüfen. Dazu erfolgte ein wechselseitiger Abgleich zwischen Messung und Rechnung bezüglich des Reibungskoeffizienten und der Temperatur.<br />Da die Kontakttemperatur im Reibvorgang zwischen Gummiklotz und Eis nicht direkt experimentell zugänglich ist, wird gleichzeitig die Oberflächentemperatur des Gummis 65mm hinter der Auslaufkante der Eisoberfläche nach Übergleiten gemessen und mit der simulierten Oberflächentemperatur bei gleichem Ablauf verglichen. Es zeigt zwar eine gute qualitative Übereinstimmung des Temperaturverlaufes an der Gummioberfläche zwischen Experiment und Simulation, wobei jedoch an keiner Stelle die Schmelztemperatur des Eises, bei einer Umgebungstemperatur von -6°C erreicht wird. Dies schließt jedoch nicht lokales Aufschmelzen an einzelnen mikroskopischen Berührungspunkten des Kontaktes aus, da die Temperaturmessung nur einen Mittelwert über ein makroskopisches Gebiet von 1mm² liefert.