شبیهسازی اصطکاک لاستیک با استفاده از رفتار گرانروکشسانی آن و مشخصههای زبری سطوح

یکی از مهم­‌ترین عوامل مؤثر بر اصطکاک لاستیک، زبری سطح ساینده است که معین­‌کننده اندازه سطح تماس واقعی، توزیع فشار در ناحیه تماس بین لاستیک و سطح زبر و مقیاس­‌های درگیری مکانیکی بین سطح زبر و لاستیک با خواص گرانروکشسانی است. لزوم پیش‌­بینی ضریب اصطکاک لاستیک روی سطوح زبر برای کاربردهایی مانند کشانش تایر روی سطح جاده، منجر به ایجاد مدل­‌های فیزیکی مانند مدل Heinrich-Kluppel شده است. در این پژوهش، با شبیه‌­سازی اصطکاک لاستیک مقدار انطباق مدل Heinrich-Kluppel با نتایج تجربی بررسی شد و اثر تغییر معادلات گرانروکشسان در کارایی آن ارزیابی شد. بدین منظور از یک سو مشخصه­‌های ناهمواری سطوح زبر از طریق تحلیل فراکتال و رفتار گرانروکشسانی لاستیک پخت شده با آزمون تحلیل دینامیکی- مکانیکی- گرمایی اندازه‌­گیری شده و با استفاده از آنها ضریب اصطکاک از راه شبیه­‌سازی به کمک کدهای عددی محاسبه شد. همچنین، شبیه­‌سازی با جایگزینی معادلات گرانروکشسان ماکسول تعمیم یافته به‌جای معادله Zener در مدل اولیه اصلاح شد. از سوی دیگر، ضریب اصطکاک لاستیک روی همان سطوح زبر (چند نوع کاغذ سمباده) به کمک دستگاه اندازه­‌گیری ضریب اصطکاک در دانشگاه تربیت مدرس اندازه‌گیری و با نتایج به‌دست آمده از تحلیل عددی مقایسه شد. نتایج نشان داد، شبیه­‌سازی رایانه­‌ای ماهیت وابسته به بار عمودی و سرعت لغزش ضریب اصطکاک را به­‌خوبی پیش­بینی می­‌کند. به­‌کارگیری معادلات گرانروکشسانی ماکسول تعمیم‌‌­یافته توافق بین داده­‌های عددی و تجربی را در محدوده سرعت­‌های زیاد بهبود داد، جایی که مدل گرانروکشسان Zener قابلیت پیش‌­بینی روند ضریب اصطکاک را با سرعت از دست می­‌دهد. این محدوده از سرعت با سرعت لغزشی در ردپای تایر در حالت غلتش آن در شرایط کارکرد منطبق‌­تر است.