مدلسازی اصطکاک در مقیاس میکرو/نانو در سطوحی با توزیع زبری تصادفی

منیژه ذاکری، مهدی خوارزمی

چکیده

در این مقاله، اصطکاک در سطوح تماسی با توزیع زبری تصادفی در مقیاس نانو مدل سازی و شبیه سازی شده است. بدین منظور، ابتدا مدل اصطکاکی توسعه یافته amm برای تماس سطوح تخت صاف/تخت زبر بر اساس مدل تماسی jkr، مدل اصطکاکی hk، و توزیع زبری تصادفی گرینوود-ویلیامسون یا gw استخراج شده است. طبق نتایج شبیه سازی، مدل اصطکاکی توسعه یافته amm با در نظر گرفتن نیروهای سطحی مقیاس نانو، نیروی اصطکاکی بزرگتری را در مقایسه با مدل اولیه ammپیش بینی می کند و از دقت بالاتری برخوردار است. در ادامه، مدل بدست آمده برای تعیین اصطکاک بین سطح کروی صاف/تخت زبر و نهایتا اصطکاک نوک سوزن میکروسکوپ نیروی اتمی روی سطح زبر تعمیم داده شده و تاثیر پارامترهای هندسی سطح شامل انحراف معیار ارتفاع زبری ها و شعاع نوک قله زبری ها بر نیروی عمودی، نیروی اصطکاکی، و نهایتا ضریب اصطکاک نوک سوزن میکروسکوپ اتمی و سطح زبر بررسی شده است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهند که نیروی عمودی و نیروی اصطکاکی با افزایش مقدار انحراف معیار ارتفاع زبری ها افزایش می یابد، در حالی که ضریب اصطکاک با افزایش مقدار انحراف معیار کاهش پیدا می کند. بعلاوه، نیروهای عمودی و اصطکاکی و نیز ضریب اصطکاک با افزایش شعاع نوک برجستگی ها افزایش می یابند. همچنین، مشاهده می شود که تاثیر تغییرات انحراف معیار ارتفاع زبری ها بر متغیرهای اصطکاکی بیشتر از تاثیر تغییرات شعاع قله زبری ها می باشد.