Tribologi

Den tribology (den gamle greske τρίβος , "friksjon" og λόγος , "vitenskap, study") er vitenskapen som studerer fenomener som oppstår mellom to maskinvaresystemer i kontakt med, fortsatt eller animerte relative bevegelser. Dette begrepet dekker blant annet alle områder av friksjon , slitasje , studiet av grensesnitt og smøring .

Det er en gren av maskinteknikk og materialvitenskap som har konkrete anvendelser innen arkeologi, dermatologi, kosmetikk, industri, transport og biomekanikk.

Dette begrepet betegner også den psyko-fysiologiske disiplinen som studerer hvordan levende vesener oppfatter friksjonen de er setet for, og vibrasjonene som følge av den.

Historie

Til tross for den relativt ferske betegnelsen av området tribologi, kan kvantitative studier av friksjon dateres så langt tilbake som 1493, da Leonardo da Vinci først bemerket de to grunnleggende "lovene" om friksjon:

• friksjonsmotstanden er den samme for to forskjellige gjenstander med samme vekt, men med forskjellige bredder og lengder.
• Han observerte også at kraften som kreves for å overvinne friksjon dobler mens vekten dobler.

De to grunnleggende "friksjonslovene" ble først publisert i 1699 av Guillaume Amontons , som de nå generelt er forbundet med:

• friksjonskraften som virker mellom to glideflater er proporsjonal med belastningen som presser flatene sammen
• friksjonskraften er uavhengig av den tilsynelatende kontaktsonen mellom de to overflatene.

Selv om de ikke er universelt anvendelige, gjelder disse enkle uttalelsene et overraskende bredt spekter av systemer. Disse lovene ble utviklet av Charles-Augustin de Coulomb i 1785, som la merke til at den statiske friksjonskraften kan avhenge av kontakttiden, og at friksjonen (kinetikken) kan avhenge av skyvehastigheten, den normale kraften og kontaktoverflaten.

I 1798 utførte Charles Hatchett og Henry Cavendish den første pålitelige friksjonsslitetesten. I en studie bestilt av UK Privy Council , brukte de et enkelt alternativt apparat for å vurdere slitasje på gullmynter. I 1953 utviklet John Frederick Archard  (in) ligningen til Archard  (in) som beskriver glidende slitasje og er basert på teorien om kontakt asperity.

Andre pionerer for tribologisk forskning er den australske fysikeren Frank Philip Bowden  (in) og den britiske fysikeren David Tabor  (in) , begge medlemmer av Cavendish Laboratory ved Cambridge University . Sammen skrev de den grunnleggende håndboken Friksjon og smøring av faste stoffer (del ett ble utgitt i 1950 og del to i 1964).

En annen leder på midten av 1900-tallet var Michael J. Neale, som spesialiserte seg på å løse maskindesignproblemer ved å bruke sin kunnskap om tribologi. Neale var en respektert lærer, flink til å integrere teoretisk arbeid med sin egen praktiske erfaring for å produsere lettfattelige designguider. Den Tribology Handbook , som han først publisert i 1973 og oppdatert i 1995, er fortsatt i bruk rundt om i verden, og danner grunnlaget for mange kurs for tekniske designere.

Duncan Dowson  (in) ved University of Leeds har studert tribologiens historie i sin bok utgitt i 1998, History of Tribology (2. utgave). Den dekker utviklingen fra forhistorisk til tidlige sivilisasjoner ( Mesopotamia , oldtidens Egypt ) og høydepunkter de viktigste utviklingen fram til slutten av XX th  århundre .

I 2016 ble det gjennomført en britisk studie av den delen av Leonardo da Vincis notatbøker som omhandler tribologi. Ian Hutchings, professor ved University of Cambridge har vist at Leonardo da Vinci allerede hadde forstått, 206 år før William Amontons, lover friksjon ( den attrito ) og fysiske applikasjoner. Spesielt oppdaget han mellom setningene av diagrammer følgende setning: "friksjonen dobler innsatsen når vekten dobler seg" .

Codex Forster-siden, som inneholdt denne setningen blant hittil undervurderte klotter, ble analysert i 1920 av en museumsdirektør, som hadde ansett den som "uviktig" .

Fysisk

Typer slitasje

Det er flere typer slitasje, som tribologi er interessert i:

• vedheftende slitasje (riving av materialer som kleber seg til hverandre);
• slitasje ved slitasje eller erosjon , der ytre partikler, ved friksjon eller støt, fjerner materiale på overflaten;
• utmattelsesslitasje, på grunn av gjentatt påvirkning av overflaten, vanligvis trykk eller støt;
• slitasje ved tribokorrosjon .

Noen aspekter

Friksjonens manifestasjoner er integrert i vår daglige oppførsel. I en verden uten friksjon eller grep ville våre enkleste handlinger for det meste blitt ineffektive: å holde en blyant, binde skoene, stramme en skrue, lene en stige på veggen eller bare gå. Vi ville ikke ha sykler, biler, tog (unntatt heistog), i det minste i den formen vi er kjent med ...

Omvendt er vi generelt klar over ulempene med friksjon, en slitekilde eller ytterligere innsats for den samme jobben, og derfor sløsing med energi og råvarer .

Her er noen eksempler :

• For å overvinne friksjonen bruker den samme rullende massen "per tonn varer over en lignende avstand, langveistransport på vei fire ganger mer energi enn toget  " , to eller tre ganger mer, ifølge SNCF .
• Det er empirisk akseptert at slitasje på elastiske veibaner varierer som den fjerde kraften til aksellasten . Dermed ville passasjen til en 13- tonns lastebil  ved akselen forringe veien like mye som passasjen til 160 000 lette kjøretøyer med en gjennomsnittlig aksellast på 0,65 tonn ((13 / 0,65) ⁴ = 160 000). I praksis nedbryter derfor et 40-tonns kjøretøy på 5 aksler veidekket så mye som 100 000 lette kjøretøyer; et kjøretøy som veier 44 tonn på 5 aksler så mye som omtrent 145.000 lette kjøretøyer (10% økning i akseltonnasje tilsvarer en 46% økning i slitasje: 1,1⁴ = 1,46). Beregningen av motorveioverflater tar nesten utelukkende hensyn til tunge lastebiler, hvor biler griper inn veldig lite eller slett ikke. I Canada , klar over dette faktum, endret regjeringen nylig fordelingen av inntektene fra drivstoffavgifter ved å anta at " diesel brukes hovedsakelig av tunge kjøretøy som er ansvarlig for mesteparten av slitasjen på veiene". Det skal bemerkes at slitasjen på stive veibaner varierer med en større faktor (i størrelsesorden 12).
• Maskin- og utstyrskomponenter ødelegges oftere av skade på overflaten enn ved dislokasjon av volumet. På den ene siden er dette heldig, fordi brudd på en del kan forårsake alvorlige ulykker, mens den langsomme nedbrytningen forårsaket av slitasje gir tid til å gripe inn. Kontroll av slitasje er et formidabelt økonomisk våpen: i en teknisk gjenstand slites ikke alle komponentene i samme hastighet, og det er viktig å unngå "overkvaliteter" (komponenter i perfekt stand mens resten er veldig slitte, selv for å erstatte ).

Inkommensurabilitet refererer til ikke-tilfeldighet av nesten alle atomstedene til to krystallgitter som gni mot hverandre. For eksempel for to kubiske nettverk oppnås denne konfigurasjonen best når overflatene blir forskjøvet med 45 grader i forhold til hverandre. Det er en betingelse for muligheten for overfriksjons  (in) der friksjonen blir ekstremt svak.

Merknader og referanser

1. The Codex Atlanticus , den Codex Arundel , den Codex Forster  (de) , de to Codex Madrid , notatbøker holdt på Institut de France så vel som noen elementer i Codex Windsor
2. Codex Forster oppbevares på Victoria and Albert Museum i London
3. "la confregazione si fa di duplicata fatica in duplicato peso"

Referanser

1. Jean Denape, Jean-Yves Paris og Philippe Stempflé, tribologi innen transport , PPUR polytekniske presser,2006, s.  266.
2. Definisjon av tribologi , på nettstedet fr.wiktionary.org.
3. (i) Michael J. Neale, "  The Tribology Handbook  " på tribology.co.uk (åpnet 3. mai 2019 ) .
4. Jean Frêne, "  Tribologi fra antikken til i dag  " , på docplayer.fr ,24. september 2003(åpnet 3. mai 2019 ) .
5. (i) Ian Hutchings, "  Leonardo da Vincis studier av friksjon  " [PDF] på ifm.eng.cam.ac.uk ,5. april 2016(åpnet 3. mai 2019 ) .
6. Johan Bescond, “  SANN / FALSK. Det var en gang en forsker ved navn Leonardo De Vinci  ” , på ouest-france.fr ,2. mai 2019(åpnet 3. mai 2019 ) .
7. (It) "  Gli scarabocchi di Leonardo da Vinci: The scribbles of Leonardo da Vinci  " , på focus.it (åpnet 3. mai 2019 ) .
8. (in) Victoria and Albert Museum, "  Leonardo da Vincis notatbøker: Leonardo da Vincis notatbøker  " , på vam.ac.uk (åpnet 4. mai 2019 ) .
9. Tribology sparer materiale og energi på teknikk-ingenieur.fr nettstedet.
10. "  Transport på vei opp  " , på goodplanet.info ,17. juli 2012(åpnet 20. november 2013 ) .
11. Vedura, “  Rail transport  ” , på vedura.fr (åpnet 4. mai 2019 ) .
12. Studier utført av American Association of State Highway and Transportation Officials i 1961 og oppdatert i 1972 og 1993.
13. http://wiki.pavementinteractive.org/index.php?title=ESAL#Generalized_Fourth_Power_Law .
14. Maksimal verdi tillatt i Frankrike på akselen, se artikkel R312-5 i motorveikoden .
15. [1] .
16. I tribology wikibook , refererer spesielt til kapitlene arbeider med tilblivelsen av friksjon og faste smøremidler .

Se også

Bibliografi

• Francois Robbe-Valloire og René Gras , tribologi og mekanisk design: prosesser fra International Francophone Tribology Days, JIFT 2004, [Saint-Ouen, 13-14. Mai 2004] , Lausanne / Paris, PPUR presser polytechniques,2007, 283  s. ( ISBN  978-2-88074-670-4 , les online )
• Jean-Marie Georges , Friksjon, slitasje og smøring: tribologi eller overflatevitenskap , Paris, Eyrolles ,2000, 424  s. ( ISBN  2-212-05823-3 ).
• Jean-Jacques Milan, tribologi ,
• (en) Persson, Bo NJ, Sliding Friction: Physical Principles and Applications , 2. utgave. Springer, 2002, ( ISBN  3-540-67192-7 ) . (In diesem Buch werden viele Reibungsinstabilitäten in geschmierten und trockenen Reipaarungen untersucht).
• (en) Rabinowicz, Ernest, Friction and Wear of Materials 2. utg. Wiley-Interscience, 1995, XV-315p., ( ISBN  0-471-83084-4 ) .
• (av) Valentin L. Popov, Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation , Springer, Berlin; New York, 2009, 328 S., ( ISBN  978-3-540-88836-9 ) .
• (en) Valentin L. Popov , Kontaktmekanikk og friksjon: Fysiske prinsipper og anvendelser , Berlin; Heidelberg, Springer,2010, XV, 362  s. ( ISBN  978-3-642-10802-0 )
• (no) George E Totten og Hong Liang , Mechanical Tribology: Materials, Characterization, and Applications , New York, Marcel Dekker ,2004, IX-496  s. ( ISBN  978-0-8247-4873-9 ) : Samling.

Relaterte artikler

• Friksjon
• Mekaniske forbindelser med friksjon
• Overflateslitasje
• Brems
• Smøring
• Veiledning
• Tribometer
• Triboelektrisitet
• Tribologi - Lokaliserte kontakter

Eksterne linker

• Autoritetsjournaler  :
  • Nasjonalbiblioteket i Frankrike ( data )
  • Library of Congress
  • Gemeinsame Normdatei
  • Nasjonalt diettbibliotek
• Merknader i generelle ordbøker eller leksikon  : Encyclopædia Britannica  • Gran Enciclopèdia Catalana
• Noël Brunetière, "  Introduction to tribology  " [PDF] , om University of Poitiers ,2016(åpnet 4. juli 2016 )