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Physikalisches Kolloquium
QuCoLiMa Talks
Kolloquium der Theor. Physik
Gruppenseminar der Theorie 1
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Reibung ist ein wichtiger Parameter für die Stabilität und strukturellen Eigenschaften granularer
Packungen. Es werden Packungen von Kugeln und total asphärische Ellipsoide (zwei verschiedene
Sätze an Aspektverhältnissen) mit unterschiedlichen Reibungskoeffizienten auf ihre strukturellen
und mechanischen Eigenschaften untersucht.
Die Reibung der Teilchen wird durch Schleifen mit verschiedenen Schleifmitteln erhöht oder durch
die Auftragung von Silikonspray erniedrigt. Der Reibungskoeffizient μ wird für die so behandelten
Teilchen auf einer schiefen Ebene gemessen, wobei eine signifikante Änderung des Reibungskoeffizi-
enten gemessen werden kann. Der Bereich an zugänglichen Reibungskoeffizienten liegt, bezogen auf
den Wert der unveränderten Teilchen, zwischen 22 % und 30 %. Die Rauigkeit der Oberfläche
wird untersucht, wobei mit den hier durchgeführten Tomogrammen der Teilchenoberfläche keine
Korrelation der Rauigkeit zu den veränderten Reibungsmessungen gefunden werden kann.
Verschiedene Packungen der so behandelten Teilchen werden in einem zylindrischen Container bei
unterschiedlichen Packungsdichten im Bereich von 60 % bis 70% präpariert und mit Röntgento-
mographie vermessen. Aus den so erhaltenen Tomogrammen werden die Größen, die Positionen
und die Orientierungen der Teilchen bestimmt. Für diese Daten wird das Set-Voronoi-Diagramm
als Verallgemeinerung des Punkt-Voronoi-Diagramms für anisotrope Teilchen berechnet. Mittels
Minkowski-Tensoren der Voronoi-Zellen wird die Struktur und Anisotropie der Packung untersucht.
Die Reibung der Teilchen beeinflusst die Kontaktzahl, wobei Packungen mit niedrigerer Reibung
im Mittel mehr Kontakte für eine stabile Packung benötigen. Dies kann sowohl in der globalen
als auch in der lokalen Kontaktzahl von Kugeln beobachtet werden. Zusätzlich wird gezeigt, dass
die Packungen der total asphärischen Ellipsoiden hyperstatisch sind. Im Kontrast dazu zeigt die
Änderung der Reibung keinen signifikanten Einfluss auf die Anisotropiemaße der Packungen. Diese
spiegeln insbesondere nicht die Änderung der Kontaktzahlen wieder. Generell kann gezeigt werden,
dass sich die total asphärischen Ellipsoide bezüglich der Kontakte und Anisotropiemaße in Abhän-
gigkeit des Aspektverhältnisses wie ihre prolaten und oblaten Gegenparts verhalten: Ein höheres
Aspektverhältnis bedingt mehr Kontakte und niedrigere Anisotrotropiemaße. Die Ergebnisse der
Kugelpackungen dieser Arbeit werden mit verschiedenen DEM- und LS-Simulationen verglichen.
Zur Messung der mechanischen Eigenschaften von granularen Packungen wird im Rahmen dieser Arbeit ein Scherzellenaufbau verwendet. Die Anbindung an den PC und die Software zur An- steuerung wird im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Es werden erste Messungen mit dem Aufbau durchgeführt, wobei ein Schwerpunkt dieser Arbeit auf der Programmierung und Kalibrierung liegt.