Viskose Verluste im Misch- und Grenzreibungsregime: Fluiddynamik weit weg vom Gleichgewicht

• Antragstellerin: Dr. Kerstin Falk
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431945604

Um Reibung und Verschleiß in mechanischen Kontakten zu reduzieren, wird maßgeblich auf Schmierung mit Flüssigkeiten gesetzt. Der Trend zu nachhaltigen Technologien erhöht dabei den Anspruch an die Schmierstoffeigenschaften erheblich. Deswegen versagen bei der Weiterentwicklung mechanischer Anwendungen oft die traditionellen empirischen Regeln zur Auswahl beziehungsweise zur Zusammenstellung flüssiger Schmierstoffe wegen der extremen Bedingungen, die dabei auftreten: Insbesondere führt dieser Trend zu höheren lokalen Anpressdrücken und kleinen Schmierspalten im Kontakt, in denen der Schmierfilm sehr stark aus seinen Gleichgewichtszustand getrieben wird (konkret wirken sehr hohe Scherraten auf einen Schmierfilm, der nur aus wenigen Moleküllagen besteht). Für die optimale Auslegung von Maschinen und den dazugehörigen Schmierstoffen ist es daher unerlässlich eine quantitative Vorhersage der Schmierstoffeigenschaften, insbesondere der Viskosität, unter diesen extremen Nicht-Gleichgewichts Bedingungen zu ermöglichen. Dieses Projekt hat daher zum Ziel, Konstitutivgesetze für das rheologische Verhalten von Nanometer-dünnen Schmierfilmen aufzustellen, die für die Kontinuumsmodellierung tribologischer Kontakte geeignet sind. Um dies zu erreichen, wird eine Molekulardynamikstudie der Schmierstoffeigenschaften in nicht-linearen Regimen durchgeführt, die durch die oben aufgeführten extremen Bedingungen ausgelöst werden. Es kommen verschiedene nicht-Gleichgewichts Simulationsmethoden zum Einsatz, um insbesondere die Viskosität und den Mechanismus der inneren Reibung in Flüssigkeiten genauer zu untersuchen. Zum einen werden Simulationen gescherter Systeme durchgeführt, um Zusammenhänge zwischen mikroskopischen Strukturänderungen und den makroskopischen rheologischen Eigenschaften zu identifizieren. Zum anderen wird mittels dissipations-korrigierter externer Zwänge auf einzelne Moleküle die zeitaufgelöste mikroskopische Reibkraft auf diese Moleküle berechnet. Das übergreifende Ziel ist es, ein grundlegendes Verständnis der inneren Reibung im Schmierstoff zu erlangen, und dieses Verständnis in vereinfachte Konstitutivgesetze zur makroskopischen Modellierung zu übersetzten. Dieses Projekt ist Teil des Research Unit "Reducing complexity of nonequilibrium Systems".

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5099: Reduktion der Komplexität von Nichtgleichgewichtssystemen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Michael Moseler; Dr. Steffen Wolf