Molekulare Modellierung und Simulation von nanoskopischen Kontaktvorgängen und tribologischen Eigenschaften von Schmierstoffen

Experimentelle Untersuchungen des Kontaktbereichs in tribologischen Systemen und die dort auftretenden Stoffeigenschaften sind aufgrund der extremen Bedingungen (z.B. sehr hoher Druck und sehr kleine Abmaße) in der Regel nicht möglich. Molekulare Simulationen können hier wichtige Informationen liefern. Dazu werden am Lehrstuhl für Thermodynamik (LTD) zwei Konzepte verfolgt:

• Zum einen werden nanoskopischen Kontaktvorgängen unter Schmierstoffeinfluss mittels molekularer Kontaktsimulationen untersucht. Diese Kontaktvorgänge treten bei technischen Prozessen u.a. in der Fertigungs- oder Lagerungstechnik zwischen den Rauheitsspitzen der Kontaktpartner auf. Ein besseres Verständnis der molekularen Prozesse im Kontaktbereich kann z.B. neue Ansätze zur Optimierung spanender Fertigungsprozesse liefern.
• Zum anderen ist die Vorhersage der Schmierstoffeigenschaften im Kontaktbereich von besonderem Interesse für die technische Anwendung. Mithilfe von molekulardynamischen Simulationen und molekular-basierten Zustandsgleichungen sollen Schmierstoffeigenschaften (v.a. bei hohen Drücken) bestimmt werden, die experimentell nicht gemessen werden können. Diese Schmierstoffeigenschaften können z.B. als Eingangsgrößen für tribologische Kontaktmodelle verwendet werden, die heute bei der Auslegung von Maschinenelementen eingesetzt werden.

Ziel des Projektes ist die Anwendung von Methoden der molekularen Thermodynamik zur Untersuchung technisch relevanter Fragestellungen in der Tribologie (z.B. in der Fertigungstechnik oder bei Maschinenelementen).

Das Projekt ist in das internationale Graduiertenkolleg IRTG 2057 "Physical Modeling for Virtual Manufacturing Systems and Processes" eingebunden. Hier werden verschiedene Fertigungsprozesse und -abläufe auf unterschiedlichen Skalen untersucht und deren Zusammenhänge betrachtet.

 Vorlesungsbetreuung

• Energieverfahrenstechnik (WS 2019/20)
• Computerlabor Molekulare Simulation (SS 2020)
• Molekulare Thermodynamik (WS 2020/21)
• Labor Flüssig-flüssig Gleichgewicht (SS 2021, WS 2021/22, SS 2022, WS 2022/23, SS 2023)
• Thermodynamik II (SS 2021)
• Thermodynamik der Transportprozesse (WS 2021/22)
• Wärmeübertragung (WS 2022/23)

Sprechzeiten

Nach Vereinbarung

Veröffentlichungen

• S. Schmitt, H. Hasse, and S. Stephan: Measurements and Equation of State Modeling of the Density of Five 1-Alcohols (C6–C10) at Pressures of up to 120 MPa, J. Chem. Eng. Data (2024) published online. [doi]

• D. Schaefer, B. Kunstmann, S. Schmitt, H. Hasse, and M. Kohns: Explosions of Nanodroplets Studied with Molecular Dynamics Simulations, Physics of Fluids 36 (2024) 037129. [doi]

• S. Mross, S. Schmitt, S. Stephan, K. Münnemann, and H. Hasse: Diffusion Coefficients in Mixtures of Poly(Oxymethylene) Dimethyl Ethers with Alkanes, Industrial & Engineering Chemistry Research 63 (2024) 1662–1669. [doi]

• S. Schmitt, H. Hasse, and S. Stephan: Entropy Scaling Framework for Transport Properties using Molecular-based Equations of State, Journal of Molecular Liquids 395 (2023) 123811. [doi]

• S. Schmitt, G. Kanagalingam, F. Fleckenstein, D. Froescher, H. Hasse, and S. Stephan: Extension of the MolMod Database to Transferable Force Fields, Journal of Chemical Information and Modeling 63 (2023) 7148–7158. [doi]

• P. Wingertszahn, S. Schmitt, S. Thielen, M. Oehler, B. Magyar, O. Koch, H. Hasse, and S. Stephan: Measurement, Modelling, and Application of Lubricant Properties at Extreme Pressures, Tribologie und Schmierungstechnik 70 (2023) 5–12. [doi]

• G. Kanagalingam, S. Schmitt, F. Fleckenstein, and S. Stephan: Data Scheme and Data Format for Transferable Force Fields for Molecular Simulation, Scientific Data 10 (2023) 495. [doi]

• S. Stephan, S. Schmitt, H. Hasse, and H. M. Urbassek: Molecular Dynamics Simulation of the Stribeck Curve: Boundary Lubrication, Mixed Lubrication, and Hydrodynamic Lubrication on the Atomistic Level, Friction 11(2023) 2342–2366. [doi]

• S. Schmitt, S. Stephan, B. Kirsch, J.C. Aurich, H.M. Urbassek, H. Hasse: Molecular Dynamics Simulation of Cutting Processes: The Influence of Cutting Fluids at the Atomistic Scale, In: Proceedings of the 3rd Conference on Physical Modeling for Virtual Manufacturing Systems and Processes, Springer International Publishing, Cham (2023) 260–280. [doi]

• S. Schmitt, F. Fleckenstein, H. Hasse, S. Stephan: Comparison of Force Fields for the Prediction of Thermophysical Properties of Long Linear and Branched Alkanes, The Journal of Physical Chemistry B, 127 (2023) 1789–1802. [doi]

• S. Schmitt, T. Vo, M.P. Lautenschlaeger, S. Stephan, H. Hasse: Molecular dynamics simulation study of heat transfer across solid–fluid interfaces in a simple model system, Molecular Physics, 120 (2022) e2057364. [doi]

• S. Schmitt, S. Stephan, B. Kirsch, J. C. Aurich, E. Kerscher, H. M. Urbassek, H. Hasse: Molecular Simulation Study on the Influence of the Scratching Velocity on Nanoscopic Contact Processes, In: 2nd International Conference of the DFG International Research Training Group 2057 – Physical Modeling for Virtual Manufacturing (iPMVM 2020), Open Access Series in Informatics (OASIcs), Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik, 89 (2021) 17:1-17:16. [doi]

Vorträge

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: Prediction of Transport Properties of Lubricants at Extreme Conditions by Molecular Simulation and Entropy Scaling, Joint European Thermodynamics Conference (JETC) 2023, 12.06. - 17.06.2023, Salerno, Italien.

• P. Wingertszahn, S. Schmitt, S. Thielen, S. Stephan, M. Oehler, O. Koch, H. Hasse: Measurement and Modelling of Lubricant Properties at Extremely High Pressure, nextlub - 1st International Conference on Tribology and Sustainable Lubrication, 18.04. - 19.04.2023, Düsseldorf.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: Force Fields for the Prediction of Transport Properties of Lubricants at Extreme Conditions, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, 02.03. - 03.03.2023, Frankfurt am Main.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: Force Fields for the Prediction of Transport Properties of Lubricants at Extreme Conditions, AIChE Annual Meeting 2022, 13.11. - 18.11.22, Phoenix, USA.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: Heat Transfer at Solid-Fluid Interfaces: A Molecular Dynamics Simulation Study of the Kapitza Effect, AIChE Annual Meeting 2022, 13.11. - 18.11.22, Phoenix, USA.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: Heat Transfer at Solid-Fluid Interfaces: A Molecular Dynamics Simulation Study of the Kapitza Effect, Thermodynamik Kolloquium 2022, 26.-28.09.2022, Chemnitz.

Poster

• S. Schmitt, H. Hasse, S. Stephan: Entropy Scaling Framework for Predicting Transport Properties using Molecular-Based Equations of State, Thermodynamik Kolloquium 2023, 25.-27.09.2023, Hannover.

• S. Schmitt, G. Kanagalingam, D. Fröscher, F. Fleckenstein, H. Hasse, S. Stephan, Extension of the MolMod Database to Transferable Force Fields, AIChE Annual Meeting 2022, 13.11. - 18.11.22, Phoenix, USA.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: Force Fields for the Prediction of Thermophysical Properties of Lubricants at Extreme Conditions, Thermodynamik Kolloquium 2022, 26.-28.09.2022, Chemnitz.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: A Comparison of Classical Force Fields for the Prediction of Transport Properties of Lubricants, Thermodynamik-Kolloquium 2021, 27.-29.03.2021, online.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: A Comparison of Classical Force Fields for the Prediction of Transport Properties of Lubricants, International Workshop on Molecular Modeling and Simulation, 01.-02.03.2021, Frankfurt am Main.

• S. Schmitt, S. Stephan, H. Hasse: Investigation of the Influence of the Chain Lenght of Alkanes in a Nanotribological System, Thermodynamik-Kolloquium 2019, 30.09.-02.10.2019, Duisburg.