Kontakt Rayleigh-Wellen

Das Phänomen der Reibung gehört zu den Grundphänomenen der Physik und ein Leben ohne Reibung wäre unmöglich. Sind zwei rauhe Festkörper (aus möglicherweise verschiedenen Materialien) unter Druckkontakt, so können Schubspannungen über die Kontaktfläche übertragen werden. Wird die Schubspannung allerdings zu groß, dann tritt ab einer Grenze Schlupf ein und die beiden Festkörper gleiten relativ zueinander. Schlupf kann auch dynamisch eingeleitet werden, wenn sich Oberflächenwellen oder Trennflächenwellen entlang der Trennfläche ausbreiten. In diesem Fall kommt es zu einer lokalen Reduktion des Kontaktdruckes und eine "Schlupfwelle" führt zu einer relativen Verschiebung der Kontaktufer. Die damit eingeleitete lokale Entlastung kann zur globalen Instabilität der Trennfläche und damit des Kontaktes führen. Für dissimilare Trennflächen kann die Schlupfbewegung entlang der Kontaktgebiete der Trennfläche und die dabei auftretenden Phänomene hängen von den Wellenausbreitungsgeschwindigkeiten der Materialien und der Geschwindigkeit der Oberflächenwellen/Trennflächenwellen. Rayleigh und Trennflächenwellen spielen sowohl beim dynamischen Schlupf von Kontakten wie auch bei der Delaminierung von Kompositen eine große Rolle. Der allgemeine Fall des Kontaktes dissimilarer Festkörper wird durch die vier Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Körperwellen und der Rand/Trennflächen-Störung charakterisiert. Je nach der Größe der Schlupfwellen- Geschwindigkeit kann zwischen den subsonischen, transsonischen und supersonischen Fällen unterschieden werden. Die interessantesten Fälle sind die transsonischen und supersonischen, bei denen die Trennflächenwellengeschwindigkeit größer als mindestens eine Wellenausbreitungsgeschwindigkeit ist und damit Machsche Kopfwellen im langsameren Material produziert. Diese Machfront ist für das Auftreten von erhöhten Spannungen und Verschiebungen und damit einhergehender Schädigung verantwortlich. Die bewährte Methode der dynamischen Photoelastizität wird in diesem Projekt zur Identifikation des komplexen Wellenbildes in der Umgebung der dynamischen Kontaktfläche verwendet. Es wird gezeigt, daß das komplizierte Diffraktionsbild alle Bedingungen enthält, dynamischen lokalisierten Schlupf einzuleiten und Schädigung zu produzieren. Die modell-experimentellen Versuchsergebnisse sollen mit Hilfe numerischer Verfahren simuliert und quantifiziert werden. Es wird gezeigt werden, daß die Ergebnisse dieser Untersuchung der Wechselwirkung von Rayleigh- Oberflächenwellen mit einer kontaktierenden Trennfläche zwischen verschiedenen Materialien eine Erklärung für ungewöhnliche Schäden, welche beim Kobe Erdbeben von 1995 auftraten, bieten.