Asperiteitsmodellen

Asperiteitsmodellen zijn een verzamelnaam voor wiskundige modellen die het contact tussen ruwe oppervlakken beschrijven door de ruweheid als een ensemble van asperities te modelleren. Ze leveren inzicht in hoe het echte contactoppervlak, de contactdruk en de wrijvingskracht zich verhouden tot de nominale belasting en de oppervlakte-ruwheidskenmerken. Vaak worden statistische verdelingen van asperiteitshoogten en -kanten gebruikt, en de benaderingen gaan uit van onafhankelijke, discrete contactpunten tussen twee oppervlakken.

Een van de bekendste modellen is het Greenwood-Williamson (GW) model. GW gaat uit van elastisch contact van afzonderlijke asperities en past Hertz-contacttheorie toe op elke asperiteit. De asperiteiten hebben een hoogteverdeling (vaak Gaussisch), en de contactcondities worden bepaald door welke pieken in contact komen bij een gegeven benedendruk. Het resultaat is een onderlinge relatie tussen het totale reële contactoppervlak, de totale belasting en de verdeling van asperiteitshoogten. GW veronderstelt geen adhesie en geen elastische interactie tussen asperiteiten.

Een latere ontwikkeling is het Fuller-Tabor model, dat elastic-plastische deformatiestatus van asperities introduceert. In veel oppervlakken zijn de sterk belaste asperiteiten plastisch, wat leidt tot een grotere reële contactoppervlak en een andere frictie-evolutie dan in het puur elastische GW-model. Adhese krachten kunnen in sommige situaties worden toegevoegd, maar blijven maatregel afhankelijk van het model en de toepassing.

Toepassingen van asperiteitsmodellen liggen in tribologie, slijtageanalyse, mechanische engineering en elektrische contactkunde. Ze helpen bij het verklaren van afwijkingen tussen nominale en reële contactoppervlakken en bij het voorspellen van frictie, wear en contactweerstanden. Beperkingen betreffen onder meer de aanname van onafhankelijke asperiteiten, vereenvoudigde plastics, afwezigheid van adhesie en de vereiste van specifieke statistische ruweheidskenmerken.