Wanneer twee objecten in contact met elkaar komen, kan er sprake zijn van een puntcontact of een lijncontact, afhankelijk van de vorm van de oppervlakken. De contactkracht leidt tot vervorming en daarmee spanningen in het materiaal. Als deze materiaalspanningen hoog oplopen kan er breuk van het materiaal optreden.
De materiaalspanningen in punt- en lijncontacten zijn niet homogeen verdeeld. De meeste spanningen in het gemeenschappelijke contactvlak nemen langzaam af naarmate de afstand tot het contact groter is. Maar een schuifspanning bereikt z’n maximum op enige afstand van het contactvlak.
De spanningen in punt- en lijncontacten worden veroorzaakt door verschillende factoren. Waaronder de geometrie van de contactoppervlakken, de mechanische eigenschappen van de materialen en de belastingen die op het contact worden uitgeoefend. Om deze spanningen te begrijpen en te beheersen, is het belangrijk om de fysische en mechanische eigenschappen van de betrokken materialen en de omstandigheden van het contact te begrijpen. Dit kan worden bereikt door middel van experimentele studies en theoretische modellering.
Wat heeft de Duitser Heinrich Hertz hier in betekend?
Heinrich Hertz was een Duitse natuurkundige die bekend staat om zijn onderzoek naar elektromagnetische golven. Zijn werk heeft indirect bijgedragen aan het begrip van materiaalspanningen in punt- en lijncontacten.
Hertz ontdekte dat elektromagnetische golven zich in de ruimte kunnen voortplanten en dat hun frequentie en golflengte afhankelijk zijn van de eigenschappen van de bron die de golven produceert. Deze ontdekkingen vormden de basis voor de ontwikkeling van draadloze communicatie en elektromagnetische technologieën.
Hertz heeft zich niet direct bezig gehouden met onderzoek naar materiaalspanningen in punt- en lijncontacten. Maar zijn ontdekkingen over elektromagnetische golven leverden een grote bijdrage aan het begrip van de fysische principes die aan deze spanningen ten grondslag liggen. Dit heeft geleid tot verdere ontwikkelingen en toepassingen op het gebied van materiaalkunde en werktuigbouwkunde.
Aan welke ontwikkelingen en toepassingen in de werktuigbouwkunde heeft Hertz bijgedragen?
Heinrich Hertz heeft indirect bijgedragen aan verschillende ontwikkelingen en toepassingen in de werktuigbouwkunde. In 1882 publiceerde Heinrich Hertz zijn klassieke artikel over het contact van elastische vaste stoffen: Über die berürung fester elastischer körper, in het Journal für die reine und angewandte mathematik 92. Het artikel gaf een flinke impuls aan de technische ontwikkelingen bij onder andere de spoorwegen, in tandwielen en in de rollagerindustrie. Hieronder staan enkele voorbeelden:
Materiaalkarakterisering: Hertz’ werk heeft geleid tot een beter begrip van de mechanische eigenschappen van materialen, inclusief hun elasticiteit en weerstand tegen vervorming. Dit heeft geleid tot een verbeterd begrip van hoe materialen zich gedragen onder verschillende belastingen en omstandigheden. En heeft het bijgedragen aan de ontwikkeling van geavanceerde materialen voor gebruik in werktuigbouwkundige toepassingen.
Contactmechanica: Hertz ontwikkelde een model voor de elastische vervorming van contactgebieden tussen materialen onder druk. Dit model wordt vandaag de dag nog steeds gebruikt om contactspanningen en degradatie van oppervlakken in machines te voorspellen. Het programma HertzWin is bij uitstek geschikt om deze spanningen op een eenvoudige wijze uit te rekenen.
Tribologie: Tribologie is de wetenschap van wrijving, slijtage en smering in machines. Het begrip van materiaalspanningen en contactmechanica is essentieel voor het begrijpen van tribologische fenomenen. Dit heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van geavanceerde smeermiddelen, coatings en oppervlaktebehandelingen die bijdragen aan de duurzaamheid en betrouwbaarheid van machines.
Werktuigbouwkundige ontwerpen: Het begrip van materiaalspanningen en contactmechanica heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van betere werktuigbouwkundige ontwerpen, inclusief het ontwerp van lagers, tandwielen, koppelingen en andere machinecomponenten. Dit heeft geleid tot betere prestaties, hogere efficiëntie en langere levensduur van machines.
Kortom, Hertz’ werk op het gebied van elektromagnetische golven heeft indirect bijgedragen aan de ontwikkeling van vele werktuigbouwkundige toepassingen door een beter begrip van materiaalspanningen en contactmechanica.
