asperiteitsmodelleringen

Asperiteitsmodelleringen vormen een verzameling van wiskundige en numerieke benaderingen om het contact tussen twee ruw oppervlakken te beschrijven door de microscopische topografie van asperiteiten. Asperiteiten zijn de protrusies die het eerste contact vormen wanneer oppervlakken elkaar onder druk raken. De werkelijke contactoppervlakte is doorgaans veel kleiner dan de nominale oppervlakte, wat belangrijke gevolgen heeft voor druk, wrijving en slijtage. Doel van deze modelleringen is het voorspellen van contactdruk, het realistische contactoppervlak, wrijvingsgedrag en slijtage, en in sommige gevallen elektrische contactweerstand.

Belangrijke benaderingen zijn onder meer: (1) statistische multi-asperiteitmodellen zoals het Greenwood-Williamson-model, dat uitgaat van een verdeling van asperiteitshoogten en Hertz-contact voor elastische deformering; (2) modellen van Fuller en Tabor, die ook plastic vervorming en de verhouding tussen hardheid en contactgebied meenemen; (3) Persson’s theory, een continu, multiscale benadering gebaseerd op de oppervlakte-ruwheids-spectrum die de relatie tussen real contactgebied en belasting beschrijft over meerdere lengteschalen; en (4) fractale en andere multiscale benaderingen die de ruwe aard van oppervlakken op verschillende schalen incorporeren.

Toepassingen liggen in tribologie, ontwerp vanmechanische en onderdelen, MEMS, aardbevings- en geofysische studies van fault asperities, en elektrische contactontwerp. Essentiële input omvat oppervlakteruwheidmetingen (bijv. RMS-hoogte, correlatielengte, PSD), materiaalparameters zoals elasticiteitsmodulus en hardheid, en aannames over deformatieregimes (elastisch, plastisch). Beperkingen betreffen vereenvoudigde aannames over onafhankelijke asperiteitscontacten, schaalafhankelijkheid, niet-elastische effecten en adhesie; in praktijk vergen nauwkeurige voorspellingen vaak een combinatie van analytische modellen en numerieke simulaties.