CONTACT MODEL AND EVALUATION OF FRICTION FORCE MOLECULAR COMPONENT

Abstract

According to the level of the measurement scale, the friction force changes its nature and is determined by different depend-encies. The paper views a procedure for determining a friction force molecular component based on the evaluation of specif-ic shearing resistance of molecular links un-der the elastic interaction of a silicon nitride cantilever needle having a steel sample, used for scanning a section of a sample surface in the nanometer range with an atomic force microscope (AFM) «FemtoScan» under low loads. A sensitive element (measuring device) of an atomic force microscope acts as a force sensor for measuring both: a normal load very roughly, and a change in the force, applied to the cantilever under known stiffness, including the value of the cantilever rod form alteration. It also changes the load on the sensitive element (to assess the mo-lecular component of the friction force, the route of the «smoothest» surface itself was chosen). The paper also provides an analytical assessment of the contact interaction parameters of a cantilever needle in a nano-scale, rep-resented as a spheri-cal indenter, with an elastic half-space as a surface under study, based on the Hertz theory. Analysis of the calculation and experiment data on measuring the resistance force of the indenter during scanning of the surface under study, showed good convergence of the results with a deviation of even values from the experimental data of no more than 7,5 %. Calculations using the established formulas showed that with an increase in the load on the contact at the nanoscale, the coefficient of friction decreases due to a faster growth of contact spots in the elastic state (provided that angularity of inequalities related to sub-roughness remains constant), which was also confirmed in the course of the experiment.

About the authors

Victor Petrovich Tikhomirov

Bryansk State Technical University

Email: dm-bgtu@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7269-8175
the Department “Pipeline Transportation Systems”, professor, doctor of technical sciences

Shalygin Gennad'evich Mikhail G.

Bryansk State Technical University

Email: migshalygin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8102-9918
Scopus Author ID: 57193351438
ResearcherId: N-7784-2016

Department of Turbine Engineering and Pipeline Transport Systems, docent, doctor of technical sciences

Mikhail Aleksandrovich Izmerov

Bryansk State Technical University

Author for correspondence.
Email: m.izmerov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4170-6184

Dep. “Pipeline Transportation Systems”, docent, candidate of technical sciences

References

  1. Трошин А.А. Математическая модель измере-ния шероховатости сферическим щупом / А.А. Трошин, О.В. Захаров / Вестник БГТУ, 2020. №2 (87). С. 28-33.
  2. Буяновский И. А., Левченко В. А., Самусенко В.Д. Исследование структуры, состава и трибологиче-ских характеристик наноструктурных монокристалли-ческих покрытий, полученных ионно-плазменным ме-тодом // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2022. № 4 (130). С. 41-48. doi: 10.30987/2223-4608-2022-4-41-48; EDN: XNVUCC
  3. Тихомиров В.П., Измеров М.А., Кузнецов С.В., Горностаева А.Г. Трение металл-металлических поверхностей // Наукоёмкие технологии в машино-строении. 2022. № 3 (129). С. 40-48. doi: 10.30987/2223-4608-2022-3-40-48; EDN: TQWTDR
  4. Tabor D. Friction - the present state of our un-derstanding. // ASME journal of lubrication technology, 1981. Vol. 103. pp. 169-179.
  5. Greenwood J.A. Contact of nominally flat surfaces / J.A. Greenwood, J.B.P. Williamson / Proceed-ings of the royal society of London. Series A, Mathematical and physical sciences, 1966. Vol. 295. № 1442. pp. 300-319.
  6. Greenwood J.A. The contact of two nominally flat rough surfaces / J.A. Greenwood, J.H. Tripp / Proceedings of the institution of mechanical engineers, 1971. № 185. pp. 625-633.
  7. Adams G.G. A nano-scale multi-asperity contact and friction model / G.G. Adams, S. Müftü, N.M. Azhar / Journal of tribology, ASME transactions, 2002. P. 1-21. doi: 10.1115/IMECE2002-39305; EDN: XXOPDK
  8. Измеров М.А. Изнашивание фрактальных по-верхностей при малых нагрузках / М.А. Измеров, В.П. Тихомиров, А.Г. Горностаева // Сборник научных ста-тей 14-ой международной научно-технической конфе-ренции, посвященной 50-летию Брянской научной школы технологов-машиностроителей. Брянск, 2022. С. 38-42.
  9. Маджумдар А. Фрактальная модель упруго-пластического контакта шероховатых поверхностей / А. Маджумдар, Б. Бхушан // Современное машино-строение. Сер. Б., 1991. № 6. С.11−23.
  10. Измеров М.А., Тихомиров В.П. Трение фрак-тальных поверхностей // Транспортное машинострое-ние. 2022. № 1-2 (1-2). С. 20-28.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».