Tribologia

Tribologian (jäljempänä antiikin Kreikan τρίβος "kitkaa" ja λόγος , "tiede, tutkimus") on tiede , joka tutkii ilmiöitä, jotka tapahtuvat kahden laitteistojärjestelmien kosketuksiin edelleen tai animoituja suhteelliset liikkeet. Tämä termi kattaa muun muassa kaikki kitkan , kulumisen , rajapintojen ja voitelun tutkimukset .

Se on konetekniikan ja materiaalitieteen ala, jolla on konkreettisia sovelluksia arkeologiassa, dermatologiassa, kosmetiikassa, teollisuudessa, liikenteessä ja biomekaniikassa.

Tämä termi tarkoittaa myös psykofysiologista kurinalaisuutta, joka tutkii kuinka elävät olennot havaitsevat istuimen kitkan ja siitä johtuvat värähtelyt.

Historia

Huolimatta suhteellisen viimeaikaisesta tribologian kentän nimityksestä, kitkan kvantitatiiviset tutkimukset voidaan päivittää jo vuodelta 1493, jolloin Leonardo da Vinci huomasi ensin kaksi kitkan "peruslakia":

• kitkakestävyys on sama kahdelle saman painon kohteelle, mutta leveydeltään ja pituudeltaan erilaisilta.
• Hän huomautti myös, että kitkan voittamiseksi tarvittava voima kaksinkertaistuu, kun paino kaksinkertaistuu.

Kaksi peruskitkaa "kitkaa" julkaisi ensimmäisen kerran vuonna 1699 Guillaume Amontons , jonka kanssa ne ovat nyt yleisesti yhteydessä:

• Kahden liukupinnan välinen kitkavoima on verrannollinen kuormaan, joka painaa pintoja yhteen
• kitkavoima on riippumaton näennäisestä kosketusvyöhykkeestä näiden kahden pinnan välillä.

Vaikka nämä yksinkertaiset lausunnot eivät ole yleisesti sovellettavissa, ne koskevat yllättävän laajaa järjestelmäryhmää. Nämä lait kehitti Charles-Augustin de Coulomb vuonna 1785, joka huomasi, että staattinen kitkavoima voi riippua kosketusajasta ja että kitka (kinetiikka) voi riippua liukumisnopeudesta, normaalista voimasta ja kosketuspinnasta.

Vuonna 1798 Charles Hatchett ja Henry Cavendish tekivät ensimmäisen luotettavan kitkan kulutustestin. Yhdistyneen kuningaskunnan yksityisen neuvoston tilaamassa tutkimuksessa he käyttivät yksinkertaista vaihtoehtoista laitetta kultarahojen kulumisasteen arvioimiseksi. John Frederick Archard  (vuonna) kehitti vuonna 1953 Archard (in) -yhtälön  , joka kuvaa liukuvaa kulumista ja perustuu kontaktiongelman teoriaan.

Muut pioneerit tribologisen tutkimus ovat Australian fyysikko Frank Philip Bowden  (in) ja British fyysikko David Tabor  (in) , molemmat jäsenet Cavendish Laboratory of Cambridge University . Yhdessä he kirjoittivat perustavan käsikirjan Friction and Lubrication of Solids (ensimmäinen osa julkaistiin vuonna 1950 ja toinen vuonna 1964).

Toinen 1900-luvun puolivälin johtaja oli Michael J. Neale, joka erikoistui konesuunnittelun ongelmien ratkaisemiseen soveltamalla tribologian tietämystään. Neale oli arvostettu kouluttaja, joka osasi integroida teoreettisen työn omaan käytännön kokemukseensa helposti ymmärrettävien suunnitteluoppaiden tuottamiseksi. Tribologian käsikirja , jonka hän julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 1973 ja päivitettiin vuonna 1995, on edelleen käytössä ympäri maailmaa ja muodostaa perustan monille kursseja suunnittelijaa.

Duncan Dowson  (in) ja Leedsin yliopiston on tutkinut historiaa tribologian teoksessaan julkaistiin 1998, historia Tribologian (2nd edition). Se kattaa kehitys esihistoriallisesta varhaisen sivilisaatioiden ( Mesopotamiassa , muinaisessa Egyptissä ) ja korostaa tärkeimmät tapahtumat asti loppuun XX : nnen  vuosisadan .

Vuonna 2016 tehtiin brittiläinen tutkimus Leonardo da Vincin muistikirjojen tribologiaa käsittelevästä osasta. Ian Hutchings, professori Cambridgen yliopiston on osoittanut, että Leonardo da Vinci oli jo selvää, 206 vuosi ennen William Amontons, lakien kitka ( attrito ) ja sovellutuksissa. Hän löysi kaavioiden välillä erityisesti seuraavan lauseen: "kitka kaksinkertaistaa ponnistuksen, kun paino kaksinkertaistuu" .

Codex Forster -sivu, joka sisälsi tämän lauseen, tähän mennessä aliarvioitujen kirjoitusten joukossa, oli vuonna 1920 analysoinut museojohtaja, joka piti sitä "merkityksettömänä" .

Fyysinen

Kulutustyypit

On olemassa useita kulutustyyppejä, joista tribologia on kiinnostunut:

• tarttuvuus (toisiinsa tarttuvien materiaalien repiminen);
• kuluminen hankautumisen tai eroosion seurauksena , kun ulkoiset hiukkaset poistavat materiaalia pinnalta kitkan tai törmäyksen avulla
• väsymiskuluminen, joka johtuu toistuvasta rasituksesta pinnalla, tyypillisesti paineet tai iskut;
• kuluminen tribokorroosiolla .

Joitakin näkökohtia

Kitkan ilmenemismuodot on integroitu päivittäiseen käyttäytymiseen. Maailmassa, jossa ei ole kitkaa tai pitoa, yksinkertaisimmista toimistamme tulisi suurimmaksi osaksi tehoton: pitämällä kynää, sitomalla kenkiäsi, kiristämällä ruuvi, nojaamalla tikkaat seinälle tai yksinkertaisesti kävelemällä. Meillä ei olisi polkupyöriä, autoja, junia (lukuun ottamatta hissijunia), ainakin meille tutussa muodossa ...

Päinvastoin, olemme yleensä tietoisia kitkan haitoista, kulumisen lähteestä tai samasta työstä tehtävistä lisäponnisteluista ja siten energian ja raaka-aineiden tuhlauksesta .

Tässä on joitain esimerkkejä:

• Samalla liikkuvalla massalla kitkan voittamiseksi "tavaratonnia kohti saman matkan varrella pitkän matkan tieliikenne kuluttaa neljä kertaa enemmän energiaa kuin juna  " , kaksi tai kolme kertaa enemmän SNCF: n mukaan .
• Empiirisesti hyväksytään, että joustavien tienpintojen kuluminen vaihtelee akselipainon neljäntenä voimana . Siten 13 tonnin kuorma-auton kulku  akselilla heikentäisi tietä yhtä paljon kuin 160 000 kevyen ajoneuvon kulku keskimääräisen akselipainon ollessa 0,65 tonnia ((13 / 0,65) ⁴ = 160 000). Käytännössä 40 tonnin ajoneuvo viidellä akselilla heikentää tienpintaa jopa 100 000 kevyttä ajoneuvoa; ajoneuvo, jonka paino on 44 tonnia viidellä akselilla, noin 145 000 kevyttä ajoneuvoa (10%: n akselivolyymin kasvu vastaa 46%: n kulutuksen kasvua: 1,1⁴ = 1,46). Tienpinnan laskennassa otetaan huomioon melkein vain raskaat tavarankuljetusajoneuvot, joissa autoja puututaan hyvin vähän tai ei ollenkaan. In Canada , tietoisia tästä, hallitus hiljattain muuttanut jakautumisen tuloista peräisin polttoaineen verot on katsonut, että " diesel käyttävät erityisesti raskaiden ajoneuvojen vastuussa suurimmasta osasta kulumisesta tiet". On huomattava, että jäykkien tienpintojen kuluminen vaihtelee suuremmalla tekijällä (luokkaa 12).
• Koneiden ja laitteiden komponentit tuhoutuvat paljon useammin niiden pinnan vaurioitumisesta kuin tilavuuden siirtymisestä. Toisaalta tämä on onnekas, koska osan rikkoutuminen voi aiheuttaa vakavia onnettomuuksia, kun taas kulumisen aiheuttama hidas hajoaminen antaa aikaa puuttua asiaan. Kulumisen hallitseminen on valtava taloudellinen ase: teknisessä esineessä kaikki komponentit eivät kulu samalla nopeudella, ja on tärkeää välttää "ylilaatuisia" (komponentit täydellisessä kunnossa, kun taas loput ovat hyvin kuluneita, jopa korvaamaan) ).

Incommensurability viittaa kahden kristallihilan melkein kaikkien atomikohtien sattumattomuuteen, jotka hierovat toisiaan. Esimerkiksi kahdelle kuutioverkolle tämä kokoonpano saadaan parhaiten, kun pinnat ovat 45 asteen kulmassa toisiinsa nähden. Se on edellytys supikitkan  (sisään) mahdollisuudelle, jonka aikana kitka muuttuu äärimmäisen heikoksi.

Huomautuksia ja viitteitä

1. Codex Atlanticus , The Codex Arundel , The Codex Forster (de) , kaksi Codex Madridin , muistikirjat säilytetään Ranskan instituutti niin sekä joitakin elementtejä Codex Windsor 
2. Codex Forster pidetään klo Victoria and Albert Museum vuonna Lontoo
3. "la confregazione si fa di duplicata fatica in duplicato peso"

Viitteet

1. Jean Denape, Jean-Yves Paris ja Philippe Stempflé, Tribologian liikenteen pPUR ammattikorkeakoulu puristimet,2006, s.  266.
2. Tribologian määritelmä sivustolla fr.wiktionary.org.
3. (in) Michael J. Neale, "  Tribologian Handbook  " on tribology.co.uk (näytetty 3 päivänä toukokuuta 2019 ) .
4. Jean Frêne, "  Tribologia antiikista nykypäivään  " , osoitteessa docplayer.fr ,24. syyskuuta 2003(käytetty 3. toukokuuta 2019 ) .
5. (in) Ian Hutchings, "  Leonardo da Vincin tutkimusten kitkaa  " [PDF] on ifm.eng.cam.ac.uk ,5. huhtikuuta 2016(käytetty 3. toukokuuta 2019 ) .
6. Johan Bescond, “  TOSI / EPÄTOSI. Olipa kerran tiedemies Leonardo De Vinci  ” , osoitteessa ouest-france.fr ,2. toukokuuta 2019(käytetty 3. toukokuuta 2019 ) .
7. (It) "  Gli scarabocchi di Leonardo da Vinci: The scribbles of Leonardo da Vinci  " , on focus.it (käytetty 3. toukokuuta 2019 ) .
8. (in) Victoria and Albert Museum, "  Leonardo da Vincin kannettavat: Leonardo da Vincin muistikirjat  " , on vam.ac.uk (näytetty 04 toukokuu 2019 ) .
9. Tribologia säästää materiaalia ja energiaa tekniikka-ingenieur.fr -sivustolla.
10. "  Liikenne kasvussa  " osoitteessa goodplanet.info ,17. heinäkuuta 2012(käytetty 20. marraskuuta 2013 ) .
11. Vedura, “  Rail transport  ” , osoitteessa vedura.fr ( luettu 4. toukokuuta 2019 ) .
12. Tekemät tutkimukset American Association of State Highway ja Transportation Virkamiehet vuonna 1961 ja päivitettiin vuonna 1972 ja 1993.
13. http://wiki.pavementinteractive.org/index.php?title=ESAL#Generalized_Fourth_Power_Law .
14. Ranskassa sallittu enimmäisarvo akselilla, katso valtatie R312-5 .
15. [1] .
16. Vuonna tribologian wikibook , viitataan erityisesti luvuissa käsitellään synnyn kitka ja kiinteiden voiteluaineiden .

Katso myös

Bibliografia

• Francois Robbe-Valloire ja René Gras , tribologia ja mekaaninen suunnittelu: kansainvälisten frankofonisten tribologian päivien, JIFT 2004, [Saint-Ouen, 13.-14. Toukokuuta 2004] , Lausanne / Pariisi, PPUR presses polytechniques,2007, 283  Sivumäärä ( ISBN  978-2-88074-670-4 , lue verkossa )
• Jean-Marie Georges , Kitka, kuluminen ja voitelu: tribologia tai pintatiede , Pariisi, Eyrolles ,2000, 424  Sivumäärä ( ISBN  2-212-05823-3 ).
• Jean-Jacques Milan, tribologia ,
• (en) Persson, Bo NJ, Liukuva kitka: fyysiset periaatteet ja sovellukset , 2. painos. Springer, 2002, ( ISBN  3-540-67192-7 ) . (Diesem Buch werden viele Reibungsinstabilitäten in geschmierten und trockenen Reipaarungen untersucht).
• (en) Rabinowicz, Ernest, Materiaalien kitka ja kuluminen 2. painos. Wiley-Interscience, 1995, XV-315p. ( ISBN  0-471-83084-4 ) .
• (kirjoittanut) Valentin L.Popov , Kontaktmechanik und Reibung. Ein Lehr- und Anwendungsbuch von der Nanotribologie bis zur numerischen Simulation , Springer, Berliini; New York, 2009, 328 S., ( ISBN  978-3-540-88836-9 ) .
• (en) Valentin L. Popov , kontaktimekaniikka ja kitka: fyysiset periaatteet ja sovellukset , Berliini; Heidelberg, Springer,2010, XV, 362  Sivumäärä ( ISBN  978-3-642-10802-0 )
• (en) George E Totten ja Hong Liang , mekaaninen tribologia: materiaalit, karakterisointi ja sovellukset , New York, Marcel Dekker ,2004, IX-496  Sivumäärä ( ISBN  978-0-8247-4873-9 ) : Kokoelma.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Kitka
• Mekaaniset liitokset kitkalla
• Pinnan kuluminen
• Jarru
• Voitelu
• Opastus
• Tribometri
• Triboelectricity
• Tribologia - lokalisoidut kontaktit

Ulkoiset linkit

• Auktoriteettitiedot  :
  • Ranskan kansalliskirjasto ( tiedot )
  • Kongressin kirjasto
  • Gemeinsame Normdatei
  • National Diet Library
• Ilmoitukset yleisissä sanakirjoissa tai tietosanakirjoissa  : Encyclopædia Britannica  • Gran Enciclopèdia Catalana
• Noël Brunetière, "  Johdatus tribologiaan  " [PDF] , Poitiersin yliopistossa ,2016(katsottu 4. heinäkuuta 2016 )