Numerische Auslegung von Oberflächenmikrotexturen für geschmierte tribologische Kontakte

Beschreibung

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 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.