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材料科学において、アスペリティは「表面の凹凸、粗さ、凹凸」と定義され（ラテン語の「粗い」を意味するasperに由来[1]）、（例えば）物理学や地震学に影響を及ぼします。滑らかな表面は、鏡のように磨かれた表面であっても、微視的スケールでは真に滑らかではありません。それらは粗く、鋭く、ざらざらした、またはごつごつした突起があり、「アスペリティ」と呼ばれます。表面のアスペリティは複数のスケールにわたって存在し、多くの場合、自己アフィン形状またはフラクタル形状をしています[2]。これらの構造のフラクタル次元は、摩擦と接触剛性の観点から、界面で示される接触力学と相関しています。
2 つのマクロ的に滑らかな表面が接触すると、最初はこれらの凹凸点のうち数個のみが接触します。これらは表面領域のごく一部しか覆っていません。摩擦と摩耗はこれらの点から発生するため、接触する材料を研究する際には、これらの点の挙動を理解することが重要になります。表面に圧縮荷重がかかると、凹凸は弾性モードと塑性モードを通じて変形し、2 つの表面間の接触面積が荷重を支えるのに十分な接触面積になるまで増加します。
摩擦相互作用と凹凸形状の関係は複雑で、十分に理解されていません。ある状況下では粗さが増すと摩擦相互作用が弱まる可能性がある一方で、より滑らかな表面は真の接触レベルが高いため、実際には高いレベルの摩擦を示す可能性があることが報告されています。[3]
アーチャード方程式は、接触している材料が力を受けるときの凹凸の変形の簡略化されたモデルを提供します。自己アフィン階層構造には変形可能な凹凸が遍在するため、[4]界面の真の接触面積は、適用される法線荷重と線形関係を示します。[2]
参照
参考文献
- ^ 「Asperity」。オックスフォード英語辞典（オンライン版）。オックスフォード大学出版局。 （サブスクリプションまたは参加機関のメンバーシップが必要です。）
- ^ ab Hanaor, DAH; Gan, Y.; Einav, I. (2015). 「スプライン支援による離散化によるフラクタル面の接触力学」. International Journal of Solids and Structures . 59 : 121–131. arXiv : 2106.01466 . doi : 10.1016/j.ijsolstr.2015.01.021 .
- ^ Zappone, B.; Rosenberg, KJ; Israelachvili, J. (2007). 「粗いポリマー表面と分子的に滑らかな雲母表面の接着と摩擦に対するナノメートル粗さの役割」。Tribology Letters . 26 (3): 191–201. doi :10.1007/s11249-006-9172-y. ISSN 1023-8883. S2CID 137230450.
- ^ Carbone, G.; Bottiglione, F. (2008). 「アスペリティ接触理論: 接触面積と荷重の間の直線性を予測できるか?」Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 56 (8): 2555. Bibcode :2008JMPSo..56.2555C. doi :10.1016/j.jmps.2008.03.011.
外部リンク
Wiktionaryの「asperity」の辞書定義