อ่าน 2 นาที
ความขรุขระ (วิทยาศาสตร์วัสดุ)
ใน วิทยาศาสตร์วัสดุ ความ ขรุขระ (asperity ) ซึ่งนิยามว่า "ความไม่เรียบของพื้นผิว ความหยาบ ความขรุขระ" (จากภาษาละติน asper — "หยาบ" [ 1 ] ) มีความหมาย (เช่น) ใน ฟิสิกส์ และ...
ความขรุขระ (วิทยาศาสตร์วัสดุ)

ในวิทยาศาสตร์วัสดุความขรุขระ (asperity ) ซึ่งนิยามว่า "ความไม่เรียบของพื้นผิว ความหยาบ ความขรุขระ" (จากภาษาละตินasper — "หยาบ" [ 1 ] ) มีความหมาย (เช่น) ในฟิสิกส์และแผ่นดินไหววิทยาพื้นผิวเรียบทั่วไป แม้แต่พื้นผิวที่ขัดเงาจนเป็นเงาเหมือนกระจก ก็ยังไม่เรียบอย่างแท้จริงในระดับจุลภาค พื้นผิวเหล่านั้นยังคงหยาบ มีส่วนยื่นที่แหลมคม หยาบ หรือขรุขระ เรียกว่า "ความขรุขระ" ความขรุขระของพื้นผิวมีอยู่ทั่วทุกระดับ มักอยู่ในรูปทรง เรขาคณิตแบบ self- affineหรือfractal [ 2 ]มิติfractalของโครงสร้างเหล่านี้มีความสัมพันธ์กับกลศาสตร์การสัมผัสที่แสดงออกมาที่ส่วนต่อประสานในแง่ของแรงเสียดทานและ ความแข็งของการสัมผัส
ความเข้าใจในแนวคิดเรื่องความขรุขระเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจในสาขาไตรโบโลยีซึ่งเป็นการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแรงเสียดทานการสึกหรอและการหล่อลื่น
ความหยาบของพื้นผิวและรูปทรงเรขาคณิต
การขยายความเชื่อมโยงระหว่างความขรุขระและแผ่นดินไหว ความขรุขระมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจเกี่ยวกับรอยเลื่อนทางธรณีฟิสิกส์ผ่านการเสียรูปยืดหยุ่น รอยเลื่อนเหล่านี้ เช่น รอยเลื่อนซานแอนเดรียส มีแนวโน้มที่จะมีความไม่สม่ำเสมออย่างมากเนื่องจากมีจุดขรุขระจำนวนมาก ในการสร้างแบบจำลอง ส่วนย่อยเล็กๆ สามารถไปถึงจุดล้มเหลวในห้องปฏิบัติการได้ อย่างไรก็ตาม ความเครียดเฉลี่ยสามารถสรุปได้ผ่านอัตราส่วนของพื้นที่จุดขรุขระทั้งหมดและพื้นที่ทั้งหมดของรอยเลื่อนเอง ซึ่งนำไปสู่ความเครียดสุทธิที่เกิดจากจุดขรุขระที่ต่ำ[ 3 ]
ไตรโบโลยีและกลศาสตร์การสัมผัส
ความขรุขระยังมีประโยชน์ในกระบวนการสร้างแบบจำลองการสัมผัส ซึ่งใช้ในการทำนายพื้นที่จริงของพื้นผิวสัมผัส รวมถึงความเค้นบนพื้นผิวและใต้พื้นผิวที่เพิ่มแรงเสียดทานและการสึกหรอที่ส่วนต่อประสาน แรงเสียดทานนี้ทำให้เกิดการเสียรูปของพื้นผิวที่ขรุขระในระดับจุลภาค การเสียรูปดังกล่าวมีสองรูปแบบ คือ ยืดหยุ่นและยืดหยุ่น-พลาสติก อย่างไรก็ตาม การเสียรูปนี้สามารถชะลอลงได้โดยการนำสารหล่อลื่นบางชนิดมาใช้กับพื้นผิว[ 4 ]
โดยใช้ทฤษฎีพื้นผิวหยาบตามที่เสนอโดย Greenwood และ Williamson และเอกสารที่มีอยู่เกี่ยวกับทฤษฎีไฮโดรไดนามิกยืดหยุ่น สามารถสร้างแบบจำลองทางทฤษฎีเพื่ออธิบายความขรุขระที่มีอยู่ในหน้าสัมผัสหล่อลื่นที่มีภาระสูงได้ แบบจำลองนี้สามารถใช้เพื่อสร้างอัตราส่วนระหว่างความหนาของฟิล์มหล่อลื่นตามทฤษฎีและความหยาบทั้งหมดของพื้นผิว ซึ่งสามารถใช้เมื่ออภิปรายภาระทั้งหมดของอินเทอร์เฟซ[ 5 ]
แรงเสียดทาน การสึกหรอ และพฤติกรรมทางกล
เมื่อพื้นผิวเรียบสองพื้นผิวสัมผัสกัน ในตอนแรก พื้นผิวทั้งสองจะสัมผัสกันเฉพาะที่จุดขรุขระเพียงไม่กี่จุดเท่านั้น ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ผิวเพียงเล็กน้อยแรงเสียดทานและการสึกหรอเกิดขึ้นที่จุดเหล่านี้ ดังนั้นการทำความเข้าใจพฤติกรรมของจุดขรุขระจึงมีความสำคัญเมื่อศึกษาวัสดุที่สัมผัสกัน เมื่อพื้นผิวถูกแรงกด จุดขรุขระจะเปลี่ยนรูปผ่านโหมดพลาสติกแล้วจึงเปลี่ยนรูปเป็นโหมดยืดหยุ่น ซึ่งสามารถสังเกตได้จากกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดของวัสดุนั้นๆ ทำให้พื้นที่สัมผัสระหว่างพื้นผิวทั้งสองเพิ่มขึ้นจนกระทั่งพื้นที่สัมผัสเพียงพอที่จะรองรับแรงกดได้
ความสัมพันธ์ระหว่างปฏิสัมพันธ์แรงเสียดทานและรูปทรงเรขาคณิตของพื้นผิวขรุขระมีความซับซ้อนและเข้าใจได้ยาก มีรายงานว่าความขรุขระที่เพิ่มขึ้นอาจส่งผลให้ปฏิสัมพันธ์แรงเสียดทานอ่อนลงภายใต้สถานการณ์บางอย่าง ในขณะที่พื้นผิวเรียบอาจแสดงแรงเสียดทานสูงเนื่องจากการสัมผัสที่แท้จริงในระดับสูง[ 6 ]
แบบจำลองเชิงทฤษฎี
สมการ Archardให้แบบจำลองที่ง่ายขึ้นของการเสียรูปของพื้นผิวขรุขระเมื่อวัสดุที่สัมผัสกันอยู่ภายใต้แรง เนื่องจากการมีอยู่ทั่วไปของพื้นผิวขรุขระที่เสียรูปได้ในโครงสร้างลำดับชั้นแบบ self-affine [ 7 ]พื้นที่สัมผัสที่แท้จริงที่ส่วนต่อประสานแสดงความสัมพันธ์เชิงเส้นกับภาระปกติที่ใช้[ 2 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
สรุปเนื้อหา
ข้อมูลสำคัญจากบทความ
ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ความขรุขระ (วิทยาศาสตร์วัสดุ)
ใน วิทยาศาสตร์วัสดุ ความ ขรุขระ (asperity ) ซึ่งนิยามว่า "ความไม่เรียบของพื้นผิว ความหยาบ ความขรุขระ" (จากภาษาละติน asper — "หยาบ" [ 1 ] ) มีความหมาย (เช่น) ใน ฟิสิกส์ และ...
ความหยาบของพื้นผิวและรูปทรงเรขาคณิต
การขยายความเชื่อมโยงระหว่างความขรุขระและแผ่นดินไหว ความขรุขระมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความเข้าใจเกี่ยวกับรอยเลื่อนทางธรณีฟิสิกส์ผ่านการเสียรูปยืดหยุ่น รอยเลื่อนเหล่านี้ เช่น รอยเลื่อนซานแอนเดรียส...
ไตรโบโลยีและกลศาสตร์การสัมผัส
ความขรุขระยังมีประโยชน์ในกระบวนการสร้างแบบจำลองการสัมผัส ซึ่งใช้ในการทำนายพื้นที่จริงของพื้นผิวสัมผัส รวมถึงความเค้นบนพื้นผิวและใต้พื้นผิวที่เพิ่มแรงเสียดทานและการสึกหรอที่ส่วนต่อประสาน แรงเสียดทานนี้ทำให้เกิดการเสียรูปของพื้นผิวที่ขรุขระในระดับจุลภาค...
แรงเสียดทาน การสึกหรอ และพฤติกรรมทางกล
เมื่อพื้นผิวเรียบสองพื้นผิวสัมผัสกัน ในตอนแรก พื้นผิวทั้งสองจะสัมผัสกันเฉพาะที่จุดขรุขระเพียงไม่กี่จุดเท่านั้น ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ผิวเพียงเล็กน้อย แรงเสียดทาน และ การสึกหรอ เกิดขึ้นที่จุดเหล่านี้...