2 / 12
Р. Хольма приведена первая модель дискретного контакта и показано,
что фактическая площадь контакта шероховатых поверхностей соста-
вляет лишь малую долю (обычно менее 1%) номинальной площа-
ди, очерченной геометрическими размерами соприкасающихся тел [1].
Соотношение этих площадей при малых давлениях, имеющих место в
микроэлектромеханических системах и жестких дисках компьютеров,
лежит в пределах
10
−
8
−
10
−
6
[2]. Это обстоятельство и обусловливает
снижение проводимости теплоты через контакт.
До настоящего времени не разработано достоверной методики
предсказания параметров контактного теплообмена. Возможности
эксперимента в данном случае ограничены и недостаточны [3]. Оцен-
ка контактной тепловой проводимости всегда являлась проблемной
областью в исследованиях по теплообмену [4].
Модель, дающая максимально достоверные результаты по контакт-
ному теплообмену, необходима в первую очередь на этапе проектиро-
вания будущей конструкции прибора [5]. Для теоретических же иссле-
дований требуется модель контакта шероховатых тел, охватывающая
на современном уровне понимания все физические процессы при кон-
тактировании.
Для предсказания теплового состояния конструкций точного при-
боростроения, таких, например, как комплекс командных приборов
ракеты-носителя [6], требуется учитывать структуру шероховатости
контактирующих поверхностей и особенности теплообмена в зоне
контакта микронных размеров. Необходимым становится моделиро-
вание деформирования отдельных элементов шероховатости (высту-
пов). Говоря о структуре шероховатой поверхности и об отдельных
выступах, мы должны перейти в область микромира, т.е. исследовать
объекты, невидимые невооруженным глазом.
Начиная с работы [7] широкое развитие получили модели много-
уровневой шероховатости “бугры на буграх”, в том числе фрактальные
модели [8–11]. Для таких моделей характерен вопрос — будут ли при
деформировании прежде полностью сминаться элементы шерохова-
тости более высокого уровня? Тогда при определенных контактных
давлениях элементами шероховатости более высокого уровня можно
было бы пренебречь, заметно упростив модель контакта. Напротив,
если предварительного смятия бугорков более высокого уровня про-
исходить не будет, то модель шероховатости в модели контакта должна
быть многоуровневой. Тогда адекватную картину деформации неглад-
ких поверхностей, в том числе для определения площади фактическо-
го контакта, может дать только численное моделирование, например,
с использованием метода конечных элементов.
Кроме того, экспериментально легко подтверждается (напри-
мер [12]), что при давлении плоским полированным пуансоном в
80 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2016. № 2