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表面上存在的不规则性通常被描述为表面粗糙度或纹理。这些表面纹理诸如凹槽和凹坑赋予摩擦，这是两个滑动物体之间的力。因此，表面粗糙度和摩擦之间的关系。研究人员最近发现引入表面纹理的一个对象可以改善其机械部件的摩擦性能。
摩擦学是一个跨学科研究，与表面的在相对运动的相互作用的交易。摩擦学性质包括摩擦，磨损，和润滑。最近的一项研究报告说，具体尺寸和图案的表面纹理可以有效减少摩擦。这个属性可以在使用内燃机和机械密封件各行业很有好处的。
在以前的几项研究中，在研究表面摩擦，忽略了表面粗糙度，并且假设了光滑的表面。稍后，实现了表面粗糙度在摩擦中的重要性。
研究人员使用带有纹理的聚二甲基硅氧烷(PDMS)圆盘进行了几项实验，这种圆盘表面具有不同的粗糙度轮廓。在一个这样的实验中，PDMS盘在一个固定的GCr15轴承钢球下使用甘油和去离子水润滑剂进行检查。在本研究中，使用混合润滑系统在特定或最佳表面粗糙度模式下获得最佳摩擦性能。另一项相关研究表明，具有横向表面粗糙度的织构表面具有较好的摩擦性能。
摩擦和表面粗糙度的关系
先前的研究证明，表面织构和表面粗糙度影响滑动过程中的摩擦行为。本研究采用不同粗糙度和织构的钢圆盘进行。在另一项研究中，通过研磨、研磨和抛光制备了不同粗糙度的钢试样，也得到了类似的结果。
科学家们还报道说，粗糙度参数，即物体表面上的具体模式，在评估摩擦方面起着至关重要的作用。这些参数用于量化表面粗糙度和纹理。
已经进行了大量的研究以确定各种粗糙度参数对摩擦系数的影响。以前，据认为，诸如Ra，偏振，峰刺和峰值密度的传统表面粗糙度参数，以确定滑动物体之间的摩擦。然而，后来的研究人员得出结论，这些不是唯一的管理因素，因为它们在摩擦生成方面不提供表面的APT功能表征。它们提出了一种称为轴承长度产品的新表面粗糙度参数，其显示与摩擦系数的功能关系。
科学家们研究的4个精确地调节的成品表面的摩擦响应（例如，地面，硬导通，亚光，和各向同性），使用三维（3D）表面地形分析。该研究显示，振幅参数，平方（表面的均方根偏差），空间参数，SDS（首脑的密度），以及标准（纹理方向）具有在确定的表面的摩擦行为显著作用。
了解表面摩擦特性的数值研究
数值模拟，即Navier-Stokes方程，可以帮助研究不锈钢表面微织构的摩擦特性。模拟结果表明，在流体动力润滑滑动过程中，织构表面的摩擦比非织构表面低80%。
在另一个研究中，进行了逐步的数值模拟，以研究沿钢板振荡的圆柱形钢辊佩戴。本研究使用了有限元Program Nike2D的特殊版本。nike2d是一种隐式，全矢量化的有限元代码，用于分析二维（2d）轴对称平面应力固体的响应。
在该模拟中，随着表面几何形状的变化来重新计算压力和滑动距离。结果表明，时间和速度的增加对钢的磨损产生了重大影响。使用数值模拟，科学家们还增加了在确定流体动力学效果时凹坑尺寸和半径的重要性。已经开发出基于物理模型的计算流体动力学（CFD）软件等各种软件来进行数值模拟。
理解表面摩擦特性的物理模型
摩擦对可以被描述为两个平行的无限实心墙产生油膜压力时流体动力润滑是比较低的。典型地，该上壁是静态的和下壁包括连同一个相对速度的方向微小凹坑移动，同时平滑。为了计算摩擦，与粗糙度纹理化表面的几何模型。这考虑了固体壁的长度，深度和凹坑的半径，以及润滑膜的厚度。
摩擦系数的重要性
重要的是要理解摩擦系数和摩擦力，因为它们有助于确定凹坑的精确尺寸和尺寸以减少摩擦。科学家们透露，影响滑动过程中摩擦系数的最重要因素之一是表面粗糙度。
采用数值模拟方法对摩擦系数进行了计算。以雷诺方程为例，研究了不同不规则形状和形状对流体动力润滑的影响。研究人员研究了活塞环和气缸套表面粗糙度的作用。他们报告说表面粗糙度在摩擦学性能中起着至关重要的作用。他们进一步指出，在具有相同纹理的不同表面粗糙度下，摩擦减少量是不同的。
表面粗糙度对纳米尺度的影响
大量的研究集中在了解表面粗糙度对纳米摩擦的影响。先前的研究表明，在两个具有周期性沟槽的纳米尺度表面之间的摩擦力取决于织构取向。纳米线在纳米器件中用作移动元件。因此，在开发基于纳米线的纳米器件时，预测纳米线与支撑基板之间的摩擦非常重要。纳米级摩擦一般用单位接触面积的摩擦力或摩擦剪应力来分析。原子力显微镜通常用于研究纳米线和衬底之间的摩擦。
参考及进一步阅读
谢，H.，米德，J.，王S.等等。（2017）。表面纹理的上衬底上的纳米线的动态摩擦的影响。科学报告，7，44907。https://doi.org/10.1038/srep44907
周，Y.等等。(2015)。表面粗糙度对织构表面摩擦性能的影响。机械工程进展，7（2）。https://doi.org/10.1177%2f1687814014568500
梅内塞斯，P.等。（2008）。粗糙度参数对润滑条件下摩擦系数的影响。Sadhana， 33(3)， 181-190页。
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