Российские исследователи разработали вычислительную модель для предсказания изменения площади контакта между шероховатыми поверхностями под нагрузкой. Этот алгоритм открывает новые возможности в изучении трения и создании износостойких материалов.
«Мы не только предложили новый метод, но и обнаружили новое явление: все типы рельефа развиваются схожим образом независимо от масштаба, природы поверхности, параметров и инструментов измерения. Это означает, что как гора Фудзи, так и наноструктурированная поверхность латуни подчиняются единым законам и реагируют на сжатие одинаково», – отметил инженер НОЦ инфохимии Университета ИТМО (Санкт-Петербург) Александр Агликов.
По словам ученых, их разработка может быть использована для прогнозирования взаимодействий поверхностей в различных областях, от микроэлектроники до геологии. Ранее для получения таких данных физики и материаловеды применяли атомно-силовую микроскопию, профилометрию или спутниковые измерения, которые были дорогостоящими или недостаточно информативными.
Для решения этой проблемы российские ученые создали эвристическую вычислительную модель, способную анализировать карты высот рельефа поверхностей любого масштаба. После загрузки данных о высоте рельефа алгоритм рассчитывает перепад между максимальной и минимальной точками, который затем делится на определенное количество уровней давления. На последнем этапе модель определяет характер контакта между поверхностями на каждом из этих уровней.
Эффективность этого подхода была проверена на данных реальных измерений поверхности кремниевых пластин, микробных пленок, микрокристаллических структур и топографических данных Карельских озер, американского Великого Каньона, а также гор Арарат и Фудзияма. Полученные расчеты подтвердили высокую точность модели и показали, что она может применяться для изучения процессов трения, износа и деформации самых разнообразных объектов, от горных хребтов до наночастиц. В перспективе это позволит не только улучшить механические характеристики материалов, но и исследовать историю формирования рек, а также условия образования кратеров на поверхности планет и небесных тел, заключили ученые.
Источник: ТАСС
распечатать статью
