7. Reibungserregte Schwingungen

Das Thema der reibungserregten Schwingungen ist sehr umfangreich und wurde ausführlich in der Fachliteratur behandelt [208], [209], [410]. Trockene Reibung an sich ist eines der komplexesten Phänomene in der Mechanik. Die detaillierte Beschreibung der chemischen und physikalischen Vorgänge in der dünnen Kontaktschicht zwischen zwei festen Körpern ist heute Gegenstand intensiver interdisziplinärer Forschung. Der in der Mechanik übliche Begriff der Reibung ist letztlich das makroskopische Resultat dieser mikroskopischen Prozesse. Zwei wichtige Effekte trockener Reibung werden dabei in allen gängigen Theorien und Modellen berücksichtigt. Der erste Effekt ist die Fähigkeit eines Reibkontaktes, den äußeren tangentialen Kräften einen Widerstand entgegenzusetzen, welcher die makroskopische Relativbewegung in tangentialer Richtung verhindert (Haften). Dies kann als eine spezielle Art kinematischer Bindung interpretiert werden, weshalb die Haftkraft eine Zwangskraft darstellt. Das Haften ist allerdings nicht unbegrenzt: Übersteigt die äußere Kraft eine bestimmte Grenze, dann setzt eine tangentiale Relativbewegung ein und der Reibkontakt geht ins „Gleiten“ über. Der zweite Effekt – der Widerstand beim Gleiten – wird üblicherweise durch den Reibbeiwert charakterisiert, welcher das Verhältnis zwischen dem Betrag der Reibkraft und dem Betrag der Normalkraft darstellt. Die Gleitreibungskraft steht dabei der Relativbewegung entgegengesetzt und ist eine eingeprägte Kraft. Der Reibbeiwert ist allerdings keine Konstante: er hängt bei vielen praktischen Anwendungen zumindest von der relativen Geschwindigkeit und meistens auch von der Flächenpressung im Kontakt ab. In vielen Kontaktpaarungen nimmt der Reibbeiwert zunächst bei kleinen Relativgeschwindigkeiten ab, bevor er bei höheren Geschwindigkeiten wieder zunimmt. Der Bereich der abnehmenden Reibwerte wird oft mit Mischreibung in Verbindung gebracht [73]. Der mit der Relativgeschwindigkeit abfallende Reibwert wirkt wie eine negative Dämpfung, welche dem System Energie zuführt. Liegt ein schwingungsfähiges Systemvor, so führt diese Energiezufuhr zu einem stetigen Ansteigen der Amplituden, bis sich im Zusammenspiel mit anderen amplitudenabhängigen Dissipationseffekten ein Gleichgewicht einstellt – es stellt sich dann ein Grenzzyklus ein [338].