Ученые из университета ИТМО (Санкт-Петербург) разработали вычислительную модель, которая предсказывает, как шероховатые поверхности взаимодействуют под нагрузкой.
Ключевой особенностью разработки является универсальность: алгоритм одинаково эффективно анализирует рельеф любого масштаба — от наноразмерных текстур до целых горных хребтов. О результатах исследования подробно рассказали в журнале Materials Horizons.
Трение между деталями в двигателях, турбинах и бытовых приборах приводит к их быстрому износу. Чтобы решить эту проблему, ученые изучают рельеф поверхностей. Однако традиционные методы, такие как микроскопия или спутниковые измерения, работают лишь в ограниченных масштабах и не могут уловить все характеристики неровностей, влияющие на сцепление.
Созданный в ИТМО алгоритм решает эту проблему. Модель загружает данные о рельефе в виде карты высот, а затем математически высчитывает, как поверхности будут контактировать друг с другом под разной нагрузкой. Это позволяет точно определить количество и форму контактных площадок и ответить на фундаментальный вопрос: в какой момент тела начнут проскальзывать.
Мы не только предложили новый метод вычисления важных признаков рельефа поверхности, но и открыли новое явление: вне зависимости от масштаба и природы поверхности, инструментов измерения, соотношения численных, геометрических и топологических параметров контактных площадок рельефа все поверхности развиваются очень похожим образом. Это означает, что все поверхности — и гора Фудзи, и наноструктурированная поверхность латуни — подчиняются одним законам и реагируют на сжатие одинаковым образом.
Для проверки метода исследователи использовали широкий спектр данных: от снимков поверхностей полимерных пленок и полупроводникового кремния до топографических карт Гранд-Каньона, гор Арарат и Фудзияма. Разработка найдет применение в создании более долговечных деталей для машиностроения, а также может быть использована для анализа рельефа других планет.
Ранее в Науке Mail сообщали, что палеогенетический анализ выявил, что разные виды мамонтов скрещивались друг с другом.
