سوده‌شناسی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

سوده شناسی یا تریبولوژی (به انگلیسی: Tribology) دانش بررسی برهم‌کنش سطح و حرکت است. بررسی اصطکاک، روان‌کاری و سایش در این شاخه صورت می‌پذیرد. سوده‌شناسی میان‌رشته‌ای از مهندسی مکانیک و دانش مواد است که در سال ۱۹۶۴ میلادی به وسیلهٔ دیوید تابور فیزیکدان بریتانیایی به عنوان یک دانش نوین عرضه گردید.


معنای واژه[ویرایش]

کلمه tribology از ریشه یونانی verb مشتق می‌شود ، tribo ، " من " به یونانی کلاسیک و پسوند - logy از - λoγiα ، مطالعه علمی دانش . این طرح توسط پیتر جاست peter jost در سال ۱۹۶۶ ابداع شد که گزارش eponymous را تولید کرد که به بررسی هزینه‌های اصطکاک ، فرسایش و خوردگی می پرداخت .[11]

تاریخ اولیه[ویرایش]

زمانی که لئوناردو داوینچی به دو قانون اساسی اصطکاک اشاره کرد . بر طبق گفته داوینچی ، مقاومت اصطکاکی برای دو شی مختلف یک‌سان بود اما تماس با عرض و طول متفاوت بود . او همچنین مشاهده کرد که نیروی لازم برای غلبه بر اصطکاک زمانی که وزن دوبرابر می‌شود ، نیاز دارد . با این حال ، یافته‌های داوینچی در دفترچه‌اش منتشر نشده اند .[12]

دو قانون اساسی اصطکاک ابتدا ( در سال 1699 ) توسط گیوم آمونتنس Amontons منتشر شد .[13] 1- نیروی اصطکاک بین دو سطح لغزشی متناسب با فشار بار است . 2-نیروی اصطکاک از ناحیه ظاهری ارتباط بین دو سطح مستقل است .

این دو قانون اگرچه به‌طور فراگیر کاربرد ندارد ، اما این جملات ساده طیف گسترده‌ای از سیستم‌ها را به خود اختصاص می‌دهند . این قوانین بیشتر توسط چارلز آگوستین کلمب ( در سال ۱۷۸۵ ) توسعه یافت ، که متوجه شد لغزش ( کینتیک ) از سرعت لغزش مستقل است .[14]

در سال 1798 چارلز هچرت Hatchett و هنری کاوندیش اولین آزمایش قابل‌اعتماد را روی فرسایش اصطکاکی انجام دادند . در مطالعه‌ای که توسط شورای عالی بریتانیا انجام شد ، آن‌ها از یک ماشین رفت و رفت ساده برای ارزیابی نرخ فرسایش سکه‌های طلا استفاده کردند . آن‌ها دریافتند : در آزمایشی که سکه‌ها با شن مخلوط میشدند سایش بیشتری نسبت به سکه‌های جفت شده به وجود می آمد[15]

در سال 1953 ، جان . اف ارچارد Archard معادله ارچارد را توسعه داد که فرسایش لغزش را توصیف می‌کند و براساس تئوری برخورد خشن است[16]

از پیشگامان اولیه تحقیقات سوده شناسی فیزیکدان استرالیایی ، فرانک فیلیپ بودن و فیزیکدان بریتانیایی دیوید تابور بودند. آن‌ها به همراه یکدیگر کتاب درسی اصطکاک و روانکاری را تالیف کردند.[17]

مایکل جی . نیل یک رهبر دیگر زمینه ی سوده شناسی در اواسط سده 19 میلادی بود . او در حل مشکلات طراحی ماشین‌آلات با استفاده از دانش سوده شناسی تخصص داشت . نیل به عنوان یک مربی با استعداد برای ادغام کار نظری با تجربه عملی خود برای ایجاد راهنماهای طراحی آسان و قابل‌فهم مورد احترام بود . کتاب راهنمای سوده شناسی [11] که او ابتدا در سال 1973 ویرایش کرد و در سال 1995 به روز شد هنوز در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد و پایه دوره‌های آموزشی متعددی را برای طراحان مهندسی تشکیل می‌دهد .[18]

دانکن داوسون Dowson تاریخچه سوده شناسی در کتاب تاریخ سوده شناسی در سال ۱۹۹۷ را تحلیل کرد . این امر تحولات دوره ماقبل تاریخ را از طریق تمدن‌های اولیه ( بین‌النهرین ، مصر باستان ) و پیشرفت‌های کلیدی تا پایان قرن بیستم را پوشش می‌دهد .[19]


اهمیت جهانی[ویرایش]

علی‌ رغم تحقیقات قابل‌ توجه از زمان گزارش جاست ، تأثیر جهانی اصطکاک و فرسایش بر مصرف انرژی ، هزینه‌های اقتصادی ، و انتشار کربن دی‌اکسید هنوز قابل‌ توجه است . در سال 2017 ، کنت هولمبرگ Holmberg و علی اردمیر Erdemir تلاش کردند تا تأثیر خود را در سراسر جهان تعیین کنند . آنها چهار بخش انرژی مصرفی اصلی را در نظر گرفتند : حمل و نقل ، تولید ، تولید برق و مسکونی . [20]

در این گزارش بیان شده است:

  • در مجموع ، 23 % از کل مصرف انرژی جهان از تماس نشات می‌گیرد . از این ۲۰ % برای غلبه بر اصطکاک استفاده می‌شود و ۳ % برای باز سازی قطعات فرسوده و تجهیزات یدکی به دلیل فرسودگی و فرسودگی مربوط به فرسایش استفاده می‌شود .
  • با استفاده از استفاده از سطح جدید ، مواد و فن‌آوری‌های روانکاری برای کاهش اصطکاک و حفاظت از سایش در وسایل نقلیه ، ماشین‌آلات و سایر تجهیزات در سراسر جهان ، تلفات انرژی ناشی از اصطکاک و فرسایش می‌تواند تا ۴۰ % در دراز مدت و با ۱۸ % در کوتاه‌مدت کاهش یابد ( ۸ سال ) . در مقیاس جهانی ، این پس‌اندازها سالانه ۱.۴ درصد تولید ناخالص داخلی و ۸.۷ درصد از کل مصرف انرژی در بلندمدت است .
  • بزرگ‌ترین صرفه‌جویی کوتاه‌مدت انرژی در حمل و نقل ( ۲۵ % ) پیش‌بینی شده‌است و در تولید برق ( ۲۰ % ) در حالی که ذخایر بالقوه در بخش‌های تولیدی و مسکونی ۱۰ % تخمین زده می‌شود . در بلندمدت ، صرفه‌جویی ۵۵ % ، ۴۰ % ، ۲۵ % ، و ۲۰ % است .
  • اجرای فن‌آوری‌های بیولوژیک پیشرفته همچنین می‌تواند انتشار دی‌اکسید کربن جهانی را تا حد ۱،۴۶۰ تن کربن دی‌اکسید کاهش دهد و منجر به ۴۵۰ میلیون دلار صرفه‌جویی هزینه در کوتاه‌مدت شود . در دراز مدت ، کاهش می‌تواند به بزرگی ۳،۱۴۰ MtCO۲ و صرفه‌جویی در هزینه میلیون یورو باشد .


کاربرد‌ها[ویرایش]

مشکلات سوده شناسی از مقیاس ماکروسکوپی تا نانو ، در نواحی مختلف مانند حرکت صفحات قاره‌ها و یخچال‌های طبیعی برای حرکت حیوانات و حشرات است . تا همین اواخر ، اکثر تحقیقات سوده شناسی بر بخش‌های حمل و نقل و تولید متمرکز بودند , اما این امر در زمان‌های اخیر به‌طور قابل‌توجهی تنوع یافته‌است .


حوزه‌های تحقیقاتی سنتی[ویرایش]

از نظر تاریخی ، اکثر تحقیقات سوده شناسی بر طراحی و روانکاری موثر اجزای ماشین ، متمرکز شده‌اند . با این حال ، مطالعه سوده شناسی به تقریباً تمام جنبه‌های تکنولوژی مدرن و هر سیستمی که در آن یک ماده در حال لغزش روی دیگری است ، گسترش می‌یابد . [21]

سوده شناسی صنعت حمل و نقل را با استفاده از روغنکاری موثر قطعات متحرک برای پیشرفت انسانی ، انجام داده‌است . در گذشته ، تحقیقات سوده شناسی در صنعت حمل و نقل بر قابلیت اطمینان تمرکز داشتند ، و از عملکرد ایمن و مستمر اجزای ماشین اطمینان حاصل می‌کردند . در طول چند دهه اخیر ، به دلیل تمرکز بیشتر بر مصرف انرژی ، بازده به‌طور فزاینده‌ای اهمیت یافته‌است و در نتیجه مواد روانکار به تدریج پیچیده‌تر و پیچیده‌تر شده‌اند تا این امر را بهبود بخشند . [21]

سوده شناسی همچنین نقش مهمی در تولید بازی می‌کند . برای مثال ، در عملیات‌های تشکیل فلز ، اصطکاک ، فرسایش ابزار و قدرت مورد نیاز برای کار را افزایش می‌دهد . این منجر به افزایش هزینه‌های بیشتر ناشی از جایگزینی ابزار بیشتر ، از دست رفتن تحمل به عنوان تغییر ابعاد ابزار ، و نیروهای بیشتری برای شکل دادن یک قطعه می‌شود . استفاده از مواد روانکار که تماس سطح مستقیم را به حداقل می‌رساند ، فرسایش ابزار و نیازمندی‌های قدرت را کاهش می‌دهد . [22]


حوزه‌های تحقیقاتی جدید[ویرایش]

از دهه ۱۹۹۰ ، حوزه‌های میانی جدید تریبیولوژی ، از جمله تریبیولوژی زیستی تریبیولوژی نانو و تریبیولوژی سبز پدیدار شده‌اند . بررسی اصطکاک در مقیاس نانو و سیستم‌های بیولوژیکی در مقیاس نانو و زیستی فرسایش می‌یابد ، در حالی که تریبیولوژی سبز بر ملاحظات زیست‌ محیطی مانند منبع یابی پایدار موجودی مواد شوینده متمرکز است . نانو تریبیولوژی به‌طور فزاینده‌ای اهمیت دارد چون در ابعاد نانو دستگاه‌ها کوچک‌تر می‌شوند تحقیقات در این زمینه با میکروسکوپ نیروی اتمی انجام می‌شود.

اخیرا مطالعات فشرده ابرتریبیولوژی supertribiology ( پدیده اصطکاک ناپدید شده ) سبب افزایش تقاضا برای صرفه‌جویی در انرژی شده‌است . توسعه مواد جدید , مانند گرافین، توسعه روش‌های اساسی جدید برای مشکلات تریبیولوژی را آغاز کرده‌است . [24]


جستارهای وابسته[ویرایش]


منابع[ویرایش]

1-Jost, Peter (1966). "Lubrication (Tribology) - A report on the present position and industry's needs". Department of Education and Science, H. M. Stationary Office, London, UK.

2-Mitchell, Luke (November 2012). Ward, Jacob, ed. "The Fiction of Nonfriction". Popular Science. No. 5. 281 (November 2012): 40

3-Hutchings, Ian M. (2016-08-15). "Leonardo da Vinci׳3-s studies of friction". Wear. 360 (Supplement C): 51–66. doi:10.1016/j.wear.2016.04.019.

4-Gao, Jianping; Luedtke, W. D.; Gourdon, D.; Ruths, M.; Israelachvili, J. N.; Landman, Uzi (2004-03-01). "Frictional Forces and Amontons' Law:  From the Molecular to the Macroscopic Scale". The Journal of Physical Chemistry B. 108 (11): 3410–3425. doi:10.1021/jp036362l. ISSN 1520-6106.

5-Duncan Dowson, History of Tribology, Second Edition, Professional Engineering Publishing, 1997, ISBN 1-86058-070-X

6-Chaston, J. C. (1974-12-01). "Wear resistance of gold alloys for coinage". Gold Bulletin. 7 (4): 108–112. doi:10.1007/BF03215051. ISSN 0017-1557.

7-Archard, J. F. (1953-08-01). "Contact and Rubbing of Flat Surfaces". Journal of Applied Physics. 24 (8): 981–988. doi:10.1063/1.1721448. ISSN 0021-8979.

8-Tabor, D. (1969-11-01). "Frank Philip Bowden, 1903-1968". Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 15: 1–38. doi:10.1098/rsbm.1969.0001. ISSN 0080-4606.

9-Field, J. (2008). "David Tabor. 23 October 1913 -- 26 November 2005". Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 54: 425–459. doi:10.1098/rsbm.2007.0031.

10-Bowden, Frank Philip; Tabor, David (2001). The Friction and Lubrication of Solids. Oxford Classic Texts in the Physical Sciences. ISBN 9780198507772.

Neale, Michael J. (1995). The Tribology Handbook (2nd Edition). Elsevier. ISBN 9780750611985.11-

12-Stribeck, R. (1901), Kugellager für beliebige Belastungen (Ball Bearings for any Stress), Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure 45.

13-Stribeck, R. (1902), Die wesentlichen Eigenschaften der Gleit- und Rollenlager (Characteristics of Plain and Roller Bearings), Zeit. des VDI 46.

Jacobson, Bo (2003), The Stribeck memorial lecture.13- 14-Hersey, M. D. (1914), The Laws of Lubrication of Horizontal Journal Bearings, J. Wash. Acad. Sci., 4, 542-552.

15-Biography of Mayo D. Hersey

16-Woydt, Mathias; Wäsche, Rolf (2010-05-12). "The history of the Stribeck curve and ball bearing steels: The role of Adolf Martens". Wear. 268 (11): 1542–1546. doi:10.1016/j.wear.2010.02.015.

17-Robert H. Thurston, Friction and lubrication - Determination of the laws and coefficients of friction by new methods and with new apparatus, Trübner and Co., Ludgate Hill, London, 1879

18-Robert H. Thurston, A treatise on friction and lost work in machinery and millwork, Wiley, New York, 1894, 5th Edition

19-Holmberg, Kenneth; Erdemir, Ali (2017-09-01). "Influence of tribology on global energy consumption, costs and emissions". Friction. 5 (3): 263–284. doi:10.1007/s40544-017-0183-5. ISSN 2223-7690. CC-BY icon.svg Material was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

20-Stachowiak, Gwidon W. (2017-09-01). "How tribology has been helping us to advance and to survive". Friction. 5 (3): 233–247. doi:10.1007/s40544-017-0173-7. ISSN 2223-7690.

J. Paulo, Davim (2013). Tribology in Manufacturing Technology. Springer. ISBN 978-3-642-31683-8.21-

Erdemir, Ali; Martin, Jean Michel (2007). Superlubricity. Elsevier. ISBN 978-0-444-52772-1.22-

23-Dienwiebel, Martin; Verhoeven, Gertjan S.; Pradeep, Namboodiri; Frenken, Joost W. M.;

24-Heimberg, Jennifer A.; Zandbergen, Henny W. (2004-03-24). "Superlubricity of Graphite". Physical Review Letters. 92 (12): 126101. doi:10.1103/PhysRevLett.92.126101.