Çoklu pürüz teması kullanılarak yüzey pürüzlülüğü ve kayma hızının yarı-sonsuz ortamın deformasyonu üzerindeki etkilerinin araştırılması

Abstract

Bu çalışmada yüzey pürüzlülüğü, kayma hızı ve girişim mesafesi değişiminin fraktal geometri ile tanımlanmış pürüzlü bir yüzey ile temas eden elastik-plastik yarı-sonsuz ortamın deformasyon davranışı ve sıcaklık artışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu amaçla rijit pürüzlü bir yüzeyin yarı-sonsuz ortam üzerinde kaydığı iki boyutlu sonlu elemanlar modeli kullanılmıştır. Öncelikle ağ yoğunluğu değiştirilerek analizlerde kullanılacak optimum eleman boyutu belirlenmiştir. Geleneksel yöntemlerle yüzey pürüzlülük ölçümü ölçü aleti çözünürlüğü, ortam etkileri gibi etkilere bağlı olduğundan bu çalışmada yüzey pürüzlülüğünü çok daha gerçekçi olarak modelleyebilen fraktal geometri kullanılmıştır. Yüzey pürüzlülüğünün deformasyon ve sıcaklık artışı üzerindeki etkilerini belirlemek amacıyla yapılan analizlerde kullanılan değişik yüzey topografileri fraktal boyut değiştirilerek elde edilmiştir. Bu amaçla 1.41, 1.43, 1.45 ve 1.47 olmak üzere dört farklı fraktal boyut kullanılmıştır. Kayma hızının etkisini belirlemek amacıyla kayma mesafesi 50 nm olarak sabit tutulmuş; 1, 1.25, 1.67, 2.5, 5, 10, 20 nm/s sürelerinde analizler gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada ayrıca pürüzlü yüzeyin yarı-sonsuz ortama bastırılma miktarı olan girişim de 1.5, 1.6, 1.7 ve 1.8 nm olarak alınmak suretiyle deformasyon ve sıcaklık artışı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Analizler sonucunda fraktal boyut arttıkça pürüzlülüğün azaldığı bununla birlikte sıcaklık ve gerilmelerinin düştüğü belirlenmiştir.

The effects of surface roughness, sliding speed and indentation dept on deformation and temperature rise of elastic-plastic semi-infinite medium in contact with fractal rough surface were analyzed by using the finite element method. A 2-dimensional finite element model that rigid rough surface which is sliding over semi-infinite medium was used. Initially, an optimum element edge was determined by analyzing mesh densities. In this study fractal geometry was used to model rough surface due to ability of representing multiscale real surfaces. Because, traditional methods which were used to model surface roughness depend on sensitivity of measuring device, the vibrations in the environment etc. In order to determine effects of surface roughness on deformation and temperature rise, fractal rough surfaces were obtained by using fractal dimensions such as 1.41, 1.43, 1.45 ve 1.47. Sliding distance was fixed by changing sliding time to obtain effect of sliding speed. Also, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8 nm indentations which are displacement distances to the semi-infinite medium by rough surface were used to get effects on deformation and temperature rise. It is obtained that increasing fractal dimension reduces surface roughness, temperature rise and stresses.