Boundary conditions for friction forces in future bearing

• Autorzy: Wierzcholski K.

Warianty tytułu

EN

Warunki brzegowe sił tarcia w łożyskach przyszłości

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Tematem niniejszej pracy jest wyznaczanie warunków brzegowych dla sił tarcia w mikroskali w trakcie hydrodynamicznego przepływu lepko-sprężystej cieczy o własnościach nie-newtonowskich w cienkiej warstwie granicznej o grubości poniżej 0,1 mikrometra znajdującej się na powierzchni deformowanych ciał o własnościach anizotropowych, hiper-sprężystych oraz hypo-elastycznych. Powierzchnie chrząstki stawowej człowieka mają wspomniane właściwości oraz dodatkowo wykazują dużą zdolność adaptacji do warunków zewnętrznych, w których pracują. Opis współpracy kinematycznej takich powierzchni finalizowany głównie wyznaczaniem sił tarcia i wartości zużycia umożliwi opis cech materiału do wykonania współpracujących warstw wierzchnich w przyszłościowych łożyskach maszynowych a także w łożyskach mikrorobotów, gdzie materiałłożyskowy mógłby adaptować się do warunków zewnętrznych spełniać wymogi dobrego smarowania. Badania prowadzone w niniejszej pracy zaprezentują konstrukcję zmodyfikowanych warunków brzegowych Beaversa dla prędkości cieczy przepływających w super cienkich warstewkach smarujących zalegających szczeliny biołożysk oraz mikro-kanaliki chrząstki stawowej człowieka. Następnie określone zostaną metody wyznaczania wartości sił tarcia w dwóch kierunkach. Zdobyte doświadczenia wsparte wynikami doświadczalnymi w zakresie przeprowadzenia obliczeń w biołożyskach i bioreaktorach mogą stanowić zdaniem autora pierwszy krok do wykorzystania przedstawionej teorii przy projektowaniu maszynowych łożysk ślizgowych, które będą przystosowywać się do warunków zewnętrznych. Takie łożyska mają szansę byćłożyskami 21 wieku.

EN

The aim of the presented paper is determination of the boundary conditions for friction forces in micro scale during the hydrodynamic flow of viscoelastic non-Newtonian liquid in the thin boundary layer about 0,1 micrometer situated on the deformable surface of the body with anisotropic, hyper-elastic, hypo-elastic properties. One of the most important features which distinguish the surfaces of cartilage tissues from machinery ones is the cells capability of growing along with growing age of human being, and the joint cartilage capability of regenerating itself after failure. Contemporary machine bearings do not possess such features. Moreover, cartilages are capable of being self-adapted to the environment, whereas machine bearings are not able to adapt themselves to external conditions. The description of kinematics pair of such surfaces leads mainly to friction forces and wear determination what give knowledge about cooperating soft superficial layers in future machinery bearings and enables the realization of super thin material layers in intelligent micro-robotics where bearing material should be adapted to the external conditions. The research presented in his paper show the construction of modified boundary Beavers conditions for liquid components flowing in super thin lubricant layers situated in bio-bearings and in micro-canals inside human joint cartilage. The methods of friction forces in two directions are determined. Gained experiences are confirmed by the experimental data in the field of performed calculations for bio-bearing and after Authors knowledge could be constitute the first step to application of presented theory for designing of machine slide bearings which can be adapted to the external conditions. Such bearings have the chance to be the bearings of the 21 century.

Słowa kluczowe

PL

warunki brzegowe; siły tarcia; mikroskala; maszynowe łożyska ślizgowe przyszłości

EN

boundary conditions; micro-friction forces; future machine slide bearings

• Wydawca: Łukasiewicz Research Network - Institute of Aviation ; European Science Society of Powertrain and Transport KONES Poland ; Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych
• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 14, No. 4
• Strony: 507--513
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Wierzcholski K.

• Gdansk University of Technology Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, Poland tel:. [phone], fax: [phone],

Bibliografia

• [1] Ahn, H. S., Chizhik, S. A., Dubravin, A. M., Kazachenko, V. P., Popov, V. V., Application of phase contrast imaging atomic force microscopy to tribofilms on DLC coatings, Elsevier Sequoia,Wear, 249, pp.617-625, Oxford 2001.
• [2] Beavers, G. S., Sparrow, E. M., Magnuson, R. A., Experiments on Coupled Parallel Flows in a Channel and Bounding Porous Medium, Journal of Basic Engineering, pp.843-848, Fairfield,New Jersey1970.
• [3] Cieszko, M., Kubik, J., Derivation of Matching Conditions at the Contact Surface Between Fluid-Saturated Porous Solid and Bulk Fluid, Transport in Porous Media, 34, pp.319-336, 1999.
• [4] Chizhik, S. A., Huang, Z., Gorbunov, V. V., Myshkin, N. K., Tsukruk, V. V., Micromechanical properties of elastic polymeric materials as probed by scanning force microscopy, 14, pp.2606-2609, Langmuir, 1998.
• [5] Chizhik, S. A., Ahn, H. S., Suslov, A. A., Tuning fork energy dissipation nanotribometry as option of AFM, Proceeding International Workshop “Scanning Probe Microscopy“, pp.119-121, Nizhny Novgorod, 2004.
• [6] Dowson, D., Bio-Tribology of Natural and Replacement Synovial Joints. In: Van Mow C., Ratcliffe A., Woo S.L-Y., Biomechanics of Diarthrodial Joint. Springer-Verlag, New, Vol.2, Chap.29, pp.305-345, York, Berlin, Londyn, Paris, Tokyo, Hong Kong, 1990.
• [7] Wierzcholski, K., Synovial flow parameters in human joint gap, Tribologia, Nr.6, (162), pp.982-996,Warszawa,1998.
• [8] Wierzcholski, K., Random changes of temperature in slide bearing gap, International Congress Thermal Stress IUTAM Proceedings, pp.449-452, Vienna, 2005.
• [9] www.nanonet.pl
• [10] www.almaden.ibm.com