Komputerowe modelowanie kontaktu pomiędzy chropowatymi powierzchniami

• Autorzy: Jedynak R.

Warianty tytułu

EN

Computer modelling of contact between rough surfaces

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł przedstawia matematyczny model, który opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. W pierwszej części artykułu przypomniano klasyczny model kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią (model Greenwooda i Williamsona [L. 8]), który był dyskutowany w innych artykułach [L. 1, 3–6, 10, 11, 15–20]. Model Greenwooda i Williamsona opisuje średnią liczbę kontaktów mikronierówności z powierzchnią gładką, powierzchnię rzeczywistego styku oraz siłę nacisku odpowiadającą zbliżeniu do powierzchni, nie opisuje natomiast wielkości odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. Autor artykułu wyprowadza nowy matematyczny model, który opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w takim kontakcie. Model ten jest oparty na geometrycznym i statystycznym modelu Greenwooda i Williamsona [L. 8]. W drugiej części artykułu jest wyprowadzony nowy matematyczny model kontaktu przestrzennego mikronierówności powierzchni pomiędzy dwoma chropowatymi powierzchniami. Model ten opisuje wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności w funkcji wzajemnego zbliżenia dwóch chropowatych powierzchni w ustalonej chwili czasu. Artykuł zawiera wyniki symulacji komputerowej dla kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią oraz między dwoma chropowatymi powierzchniami. Otrzymane zależności mają nieliniowy charakter i pokazują na silny związek z typem rozkładu wysokości mikronierówności pokrywających rozpatrywane powierzchnie. Wielkość odkształcenia objętościowego mikronierówności, dla kontaktu między sztywną, gładką powierzchnią i chropowatą powierzchnią, jest zawsze większa niż w kontakcie między dwoma chropowatymi powierzchniami dla ustalonego rozkładu wysokości mikronierówności i ustalonego parametru wnikania powierzchni.

EN

The article presents the mathematical model, which describes the size of the volume deformations of asperities in the function of the close relations of rough surfaces in the given moment of time. In the first part of this article, the classical model of contact between a rigid, smooth surface and a rough surface (Greenwood & Williamson model L. 8) which was discussed in other articles [L. 1, 3–6, 10, 11, 15–20]. This model describes the expected number of contacts, the mean contact area, and expected load, but it does not describe the volume deformations of asperities in the function of the close relations to the rough surface and a smooth surface in a given moment of time. The author of the article introduces a new mathematical model that describes the size of volume deformations of asperities in this contact. This model is based on Greenwood & Williamson’s [L. 8] geometrical and statistical model. In the second part of this article, a new mathematical model of spatial contact of asperities between two rough surfaces is shown. This model describes the size of the volume deformations of asperities in the function of the close relations to the rough surfaces in a given moment of time. This article shows the results of the computer simulation for contact between a rigid, smooth surface and a rough surface and between two rough surfaces. Received dependencies have a non-linear character and show a strong relationship with the type of the height distribution of the asperities covering the studied surfaces. The size of the volume deformations of asperities for the contact between a rigid, smooth surface and a rough surface is always larger than the contact between two rough surfaces for the fixed height asperity distribution and fixed separation of surfaces.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie komputerowe; kontakt chropowatych powierzchni; numeryczna symulacja procesów tarcia suchego; mechanika kontaktu; deformacja powierzchni; rozkład wysokości mikronierówności

EN

computer modelling; contact of rough surfaces; numerical simulation of the dry friction processes; contact mechanics; surface deformation; asperities height distribution

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 5
• Strony: 55--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jedynak R.

• Politechnika Radomska, ul. Malczewskiego 20a, 26-600 Radom

Bibliografia

• 1. Andersson S., Soderberg A., Olofsson U.: A random wear model for the interaction between a rough and a smooth surface, Wear 264 (2008), s. 763-769.
• 2. Archard J.F.: Elastic deformation and the laws of friction, Proc. Roy. Soc. London A243, (1957), s. 190-205.
• 3. Bush A., Gibson R., Thomas T.: The elastic contact of a rough surface, Wear 35, (1975), s. 87-111.
• 4. Carbone G., Bottiglione F.: Asperity contact theories: Do they predict linearity between contact area and load? Journal of the Mechanics and Physics of Solids 56, (2008), s. 2555- 2572.
• 5. Ciavarella M., Delfine V., Demelio G.: A "re-vitalized" Greenwood and Williamson model of elastic contact between fractal surfaces, Journal of the Mechanics and Physics of Solids 54 (2006), s. 2569-2591.
• 6. Deladi E.L.; de Rooij M.B.; Schipper D.J.: Modelling of static friction in rubber-metal contact, Tribology International Volume: 40, Issue 4, (2007), s. 588-594.
• 7. Greenwood J., Tripp J.: The contact of nominally flat rough surfaces, Proc. R. Soc. London, 185, (1971), s. 625-633.
• 8. Greenwood J., Williamson J.: Contact of two nominally flat surface, Proc. R. Soc. London, A 295 (1966), s. 300-319.
• 9. Greenwood J.: A simplified elliptic model of rough surface contact., Wear 261, (2006), s. 191-200.
• 10. Jackson R., Green I.: A statistical model of elasto-plastic asperity contact between rough surfaces, Tribology International 39 (2006) 906-914.
• 11. Jamil A., Kambiz F.: Elastic-plastic contact model for rough surfaces based on plastic asperity concept, International Journal of Non-Linear Mechanics, Volume 40, Issue 4, (2005), s. 495-506.
• 12. Jedynak R., Sułek M.W.: Analiza oddziaływań plastycznych w układzie stal-ceramika, Tribologia, (2001), nr 4, s. 611-623.
• 13. Jedynak R., Sułek M.W.: Tribologiczne aspekty oddziaływań sprężystych mikronierówności, Inżynieria Powierzchni nr 4, (1997), s. 3-11.
• 14. Jedynak R.: Ocena oporów ruchu towarzyszących oddziaływaniom sprężystym mikronierówności, Inżynieria Powierzchni (2008), nr 4 (w druku).
• 15. Kadin Y., Kligerman Y., Etsion I.: Unloading an elastic-plastic contact of rough surfaces, Journal of the Mechanics and Physics of Solids 54 (2006), s. 2652-2674.
• 16. Kogut L., Etsion I.: A Static Friction Model for Elastic-Plastic Contacting Rough Surfaces, Transactions of the ASME Journal of Tribology, Vol. 126, (2004), s. 34-40.
• 17. Kogut L., Jackson R.: A comparison of contact modeling utilizing statistical and fractal approaches, Transactions of the ASME Journal of Tribology 128 (2006), s. 213-217.
• 18. McCool J.: Comparison of models for the contact of rough surfaces, Wear 107, (1986), s. 37-60.
• 19. Panayi A., Schock H.: Approximation of the integral of the asperity height distribution for the Greenwood-Tripp asperity contact model, Proc. IMechE, Vol. 222, Part J: J. Engineering Tribology, (2008), s. 165-169.
• 20. Stachowiak G. Batchelor A.W.: Engineering Tribology, Elsevier-Butter-worth-Heineman, 2005.
• 21. Sułek M.W., Jedynak R.: Trockene Reibung Im System Keramik - Stahl, Tribologie und Schmierungstechnik, vol. 48, No 4, (2001), s. 21-28.
• 22. Sułek W., Jedynak R.: Die Experimentelle Bestatigung Des Models Fur Die Trockene Reibung Im System Stahl 45 - Keramik, Tribologie und Schmierungstechnik, vol. 49, No 1, (2002), s. 38-41.
• 23. Sułek W., Jedynak R.: Wpływ oddziaływań plastycznych mikronierówności na opory ruchu przy tarciu suchym, Tribologia nr 4, (2004), s. 229-236.