Fraktal Geometri İle Modellenmiş Pürüzlü Yüzey İle Temas Eden Yarisonsuz Ortamin Mekanik Davranişi

Abstract

Bu çalışmada, yüzey pürüzlülüğünün temas basıncı, şekil değiştirme ve gerilmeler üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla; pürüzlü yüzey ile yarı-sonsuz ortamın temas analizi sonlu elemanlar yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, fraktal geometri ile modellenmiş rijit pürüzlü yüzeyin homojen, elastik-tam plastik pürüzsüz yarı-sonsuz ortam ile normal teması için 2-boyutlu bir sonlu elemanlar modeli geliştirilmiştir. Mekanik yüzey yüklerinin yarısonsuz ortamda oluşan von Mises eşdeğer gerilmesi, elastik-plastik şekil değiştirmeleri ile temas basınç değerleri üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Ayrıca, rijit pürüzlü yüzeyin yarısonsuz ortam içindeki temas derinliği miktarının (girişim) şekil değişimine etkisi de incelenmiştir. Fraktal geometri kullanarak geliştirilen ve böylece pürüz etkileşimlerinin de dikkate alındığı daha gerçekçi bu yüzey modelinin, gerilme ve şekil değiştirme dağılımları üzerindeki etkisi diğer modellerle karşılaştırmalı olarak irdelenerek geçerliliği araştırılmıştır. Fraktal geometri kullanarak yapılan analizler sonucunda gerilme, şekil değiştirme ve basınç değerleri için elde edilen dağılımların diğer yüzey modellerine göre daha gerçekçi olduğu görülmüştür.

In this study, normal contact analysis of a rough surface with a semi-infinite medium was performed by finite element method in order to investigate effect of surface roughness on to the distributions of contact pressure, stress and strain. A 2-dimensional finite element model was developed for normal contact of rigid rough surface modeled by fractal geometry with a smooth elastic-perfectly plastic semi-infinite medium. Effects of mechanical surface loadings on to von Mises equivalent stress, equivalent plastic strain and contact pressure have been determined. Effect of interference on to deformation was also investigated. The rough surface model developed by using fractal geometry and, hence, taken asperity interaction into account was investigated by comparing the others for its validity. Based on the presented results obtained from the fractal surface model, it has been shown that the distributions of the stress, the strain and the contact pressure were more realistic than those of other surface models.