Vergleichsstudie von Methoden der Flächenpressungsmessung

Zusammenfassung

Die Messung von Flächenpressungen zwischen sich in Kontakt befindlichen elastischen Körpern ist nicht nur in den technischen Wissenschaften von großer Bedeutung, sondern auch in der Medizin, insbesondere in der Orthopädie. Einerseits werden Methoden unter Ausnützung elektrischer Effekte des Sensormaterials eingesetzt und andererseits existieren verschiedene Abdruckverfahren.

Die Genauigkeit der Messergebnisse wird hauptsächlich durch die Dicke und die Steifigkeit der zwischen den sich berührenden Körpern eingebrachten Messfolien beeinflusst. In dieser Studie wird der Einfluss des eingebrachten Sensors, insbesondere dessen Steifigkeit auf die auftretende Flächenpressungsverteilung und damit auf die Messgenauigkeit untersucht und quantifiziert. Zu diesem Zweck werden zwei klar definierte Lastfälle, für die auch analytische Lösungen existieren, verwendet:

• (1) Zylinder auf elastischem Halbraum,

• (2) Hertz-Problem der Kugel auf elastischem Halbraum.

Für beide Fälle werden analytische Lösungen, FE-Berechnungen und Messergebnisse miteinander verglichen.

Abstract

Measurements of contact stresses between elastic bodies are of great importance not only in mechanical and civil engineering but also in medicine, especially in orthopedic fields. On the one hand there are a lot of methods making use of electrical effects and on the other hand there are imprint methods.

The accuracy of measuring results depends mainly on the influences of thickness and stiffness of the inserted measuring sheets between the bodies in contact. In this study effects of the elastic properties of the inserted sheet with respect to the stiffness of the elastic bodies were investigated. For this purpose the following well known load cases were chosen:

• (1) rigid cylindrical body pressed on an elastic half-space,

• (2) Hertz-problem of two spherical bodies in contact.

For both cases analytical solutions and FE calculations are compared with experimental results.