Kontaktkraft

Kontaktkraft bezeichnet die Kraft, die an der Kontaktstelle zwischen zwei oder mehr Körpern wirkt. Sie entsteht durch den Kontakt und die Deformation der Oberflächen sowie durch Randbedingungen wie Sperrung gegen Durchdringung.

In der Kontinuumsmechanik wird die Kontaktkraft gewöhnlich in Normal- und Tangentialkomponenten zerlegt: Die Normalkraft F_n wirkt senkrecht zur Kontaktfläche und verhindert das Durchdringen, die Reibungskraft F_t wirkt längs der Oberfläche und beschreibt die Verzögerung gegen relative Bewegung.

Nach dem Coulombschen Reibungsmodell gilt |F_t| ≤ μ F_n, wobei μ der Reibungskoeffizient ist. Bei Bewegung tritt oft Reibung μ_k F_n auf, während statische Reibung bis zu μ_s F_n möglich ist. Realistische Kontakte berücksichtigen auch Adhäsion, Oberflächenrauheit, Plastizität und zeitabhängige Effekte.

Für dynamische Probleme werden Kontaktkräfte durch Haftung, Impuls oder Durchsetzung von Kontaktbedingungen modelliert, z. B. mit Penalty-Methoden oder Lagrange-Multiplikatoren in Finite-Elemente-Simulationen.

Messungen erfolgen über Kraftsensoren, Wägezellen oder Drucksensoren. Anwendungen finden sich in der Maschinenelemente, Robotik, Fahrzeugdynamik, Biomechanik und Materialprüfung, wo Kontaktkräfte Einfluss auf Verschleiß, Energieverlust, Stabilität und Sicherheit haben.

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