haku: @supervisor Alava, Mikko / yhteensä: 57
viite: 20 / 57
| Tekijä: | Rissanen, Ilari |
| Työn nimi: | Viscoelasticity and contact aging in a minimalistic friction model |
| Viskoelastisuus ja kontaktin ikääntyminen yksinkertaistetussa kitkamallissa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2015 |
| Sivut: | vi + 97 s. + liitt. 14 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Perustieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Teknillinen fysiikka (F3005) |
| Valvoja: | Alava, Mikko |
| Ohjaaja: | Laurson, Lasse |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201506303565 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 2897 | Arkisto |
| Avainsanat: | friction nanotribology stick-slip phenomenon viscoelasticity contact aging kitka nanotribologia stick-slip-ilmiö numeerinen simulaatio viskoelastisuus kontaktin ikääntyminen |
| Tiivistelmä (fin): | Voitelemattomien pintojen välinen kitka (kuiva kitka) on monimutkainen ilmiö, johon usean aika- ja pituuskaalan tapahtumat vaikuttavat. Näiden tapahtumien vuorovaikutus puolestaan saa aikaan dynamiikkaa, joka riippuu pintojen materiaaleista ja useista muista parametreista, kuten pintojen suhteellisesta nopeudesta toisiinsa nähden. Yksi kuivan kitkan mielenkiintoisista ominaisuuksista on niin sanotun "stick-slip" -liikkeen syntyminen alhaisilla nopeuksilla. Stick-slip -liikkeen nimi juontaa juurensa kokeista, joissa jäykän kappaleen havaittiin liikkuvan nykivästi karhealla pinnalla. Tällainen liike on yhdistetty pintojen kulumiseen ja siksi sitä on tutkittu huomattavasti etenkin nanotribologiassa. Tästä huolimatta kaikkia stick-slip -liikkeeseen liittyvistä lukuisista ilmiöistä ei ole vielä kyetty täydellisesti selittämään. Yleinen Stick-slip -liikkeelle tunnusomainen piirre on potenssilakien mukaan jakautuneet suureet. Näiden potenssilakien kriittiset eksponentit jakavat stick-slip liikkeen erilaisiin universaalisuusluokkiin: systeemeihin, jotka voivat olla näennäisesti suurista eroista riippumatta fundamentaaliselta dynamiikaltaan samanlaisia. Tässä työssä tutkittiin numeerisen simulaation avulla yksiulotteisen elastisen ketjun stick-slip liikettä epäjärjestyneen substraatin päällä, sekä kahden ilmiön, viskoelastisuuden ja kontaktin vanhenemisen, vaikutusta ko. liikkeeseen. Stick-slip-ilmiön kannalta keskeiset jakaumat ja niiden kriittiset eksponentit määritettiin vyörystatistiikasta ja niitä verrattiin olemassaoleviin kokeellisiin ja laskennallisiin arvoihin. Lisäksi tutkittiin liikkeen alkua ja siihen liittyviä ilmiöitä. Työssä havaittiin viskoelastisuuden ja kontaktin vanhenemisen muuttavan elastisen ketjun liikettä sekä kvantitatiivisesti että kvalitatiivisesti: uudentyyppisiä vyöryjä havaittiin, ja vyöryjakaumien eksponentit muuttuivat. Muutoksista huolimatta simulaatioista saadut tulokset eroavat laboratoriokokeiden tuloksista. Parannusehdotuksia malliin esitetään työn lopussa. |
| Tiivistelmä (eng): | Dry friction (friction between solid surfaces in the absence of lubrication) is a complex phenomenon, involving effects from multiple time and length scales. The interplay of these effects in turn gives rise to interesting dynamical behavior depending on the surface materials and various other parameters, such as the relative velocity of the surfaces. One of the intriguing properties of dry friction in the low-velocity regime is the emergence of so-called "stick-slip" motion. The name "stick-slip" originates from the observed jerky movement of rigid bodies on rough surfaces. This kind of motion has been linked with wear, and thus has been the subject of considerable scientific attention, especially in the field of nanotribology. However, factors related to stick-slip are plentiful, and many aspects still lack comprehensive explanation. Stick-slip motion is often characterized by power law distributed quantities. The critical exponents of these distributions divide stick-slip dynamics into different universality classes, meaning that systems with seemingly little in common can exhibit similar fundamental dynamics. In this thesis, a numerical simulation was conducted to investigate the properties of the stick-slip motion of a 1D elastic chain on a disordered substrate in the presence of viscoelastic effects and contact aging. The characteristic distributions and the critical exponents were determined from the avalanche statistics and compared to the experimental and computational values from existing research papers. Additionally, the onset of motion and the phenomena related to it were studied. It was observed that extending the model with viscoelasticity and contact aging both have both qualitative and quantitative consequences, introducing new kinds of avalanches and altering the critical exponents of the avalanche distributions. However, the results obtained with the extended model still differ from those found in laboratory experiments on dry friction. Possibilities for future improvements of the model are discussed at the end of this thesis. |
| ED: | 2015-08-16 |
INSSI tietueen numero: 51981
+ lisää koriin
INSSI