КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕНИЯ В НАНОКОНТАКТАХ | Механика | композиционных | материалов и конструкций
> Том 23 > №3 / 2017 / Страницы: 310-321 doi.org/10.25590/mkmk.ras.2017.23.03.310_321.01

КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕНИЯ В НАНОКОНТАКТАХ

,

Аннотация:

С помощью квантово-механического подхода (теория функционала плотности и метод псевдопотенциала) исследован на атомарном уровне процесс трения покоя в нанопарах «алюминий – алюминий», «вольфрам – вольфрам» и «алюминий – вольфрам» в присутствии внешнего давления. В качестве нанопар взяты системы, состоящие из кристаллической нанопластины и кристаллического наностержня прямоугольного сечения. Нанопластины обладали бесконечной периодической структурой в направлениях X и Y; наностержени – в направлении Y. Процесс трения изучался путем приведения стержня и пластины в равновесный контакт с последующим пошаговым смещением стержня относительно пластины вдоль направления X. При этом стержень находился поверх пластины (в направлении Z). На каждом шаге находилась полная энергия системы и вычислялась действующая на стержень сила. Сила трения находилась путем вычисления отношения изменения полной энергии к величине шага смещения стержня. Сила давления прикладывалась к стержню по оси Z. Коэффициент трения находился как отношение силы трения к величине силы давления. Наблюдение за поведением атомов показало, что для всех исследованных нанопар процесс трения сопровождается процессами деформации и разрушения. При этом деформации подвержены оба компонента нанопары, а разрушение наблюдается только в наностержне. Максимальным деформациям и разрушениям подвержены алюминиевые стержни: как в парах «алюминий – алюминий», так и в парах «алюминий – вольфрам». Вольфрамовые стержни не разрушаются, а деформации в них и в вольфрамовых пластинах минимальны. Коэффициенты трения в парах «алюминий – алюминий» с увеличением давления уменьшаются, а в парах «алюминий – вольфрам» и «вольфрам – вольфрам» увеличиваются.

5