접촉하고 있는 물체간의 전기 저항은 학문적으로 그리고 산업적으로 중요한 문제로서 전기 커넥터, 카본 브러시, 저항용접, MEMS 등의 장비와 나노 단위 시스템 등 ...
접촉하고 있는 물체간의 전기 저항은 학문적으로 그리고 산업적으로 중요한 문제로서 전기 커넥터, 카본 브러시, 저항용접, MEMS 등의 장비와 나노 단위 시스템 등 매크로부터 나노 스케일 상의 현상에 중요한 역할을 담당하는 변수이다. 특히 마이크로/나노 스케일의 시스템에서 접촉저항은 그 자체가 가지고 있는 작은 스케일로 인해서 정확성에 대한 요구가 학계와 산업계의 큰 문제로 남아 있다. 그러므로 접촉하고 있는 물체간의 전기 저항에 대한 신뢰할 수 있는 예측 모델을 개발하는 것은 산업적/경제적으로 상당히 중요한 혜택을 가져올 것이다. 그러기에 실용적이고 효율적이 전기 접촉 저항에 대한 예측은 상당히 중요하다. 실제로 전기 저항에 대한 이론적 수치해에 대한 접근은, 그 측정 장비의 해상도에 의해 형태가 달라지는 실제 표면의 특징 때문에 용이하지 않다. 따라서, 프랙탈 성질을 지니는 표면에 대한 효과적이 모델과 표면의 접촉점에 대한 적절한 표현이 필요하다.본 연구의 주된 목적은 프랙탈 성질이 나타나는 거친 표면의 형태를 찾아내어 접촉하고 있는 물체간의 전기접촉저항을 신뢰할 만한 값으로 제공하는 간단하고 강력한 모델을 개발함에 있다. 이를 위해서 본 연구에서는 구형 표면 프랙탈 성질을 지니는 Archard 모델을 선택하였다. 이러한 모델을 통해 접촉의 형태를 스케일에 따라 찾아내었다. 그리고 이를 통해 Greenwood 식을 이용하여 직접 Archrad 접촉 모델에 대한 수축 저항(constriction resistance)를 찾았다. 접촉저항은 스케일을 더해 갈수록 수렴해가는 형태를 나타내었다. 이 결과는 탄성 접촉 내에서 프랙탈 성질을 가지는 표면의 전기 접촉 저항은 그 한계를 가진다는 Barber의 이론에 이론적 뒷받침 하고 있다. 계속되는 스케일 증가로 인한 접촉점의 개수와 프랙탈의 무한성에 의한 계산의 한계를 극복하기 위해 Jang & Barber의 확률 모델을 이용하여, 실제 표면 형태에 가까운 확률 함수를 찾는 새로운 방식을 시도하였다. 한 걸음 더 나아가 실제로 핵 추정 방식(kernel estimation)을 써서 접촉 표면에서의 실제와 유사한 접촉 확률 분포를 얻었다. 확률 모델의 방식에서의 비교값으로 앞서 구한 Archard 모델의 결과가 사용되었으며, 스케일별로 확률 모델을 통한 접촉 표면에서의 저항값을 찾았다. 또한, 접촉 현상에 유용한 확률 함수를 찾아내어, 일반적으로 임의의 표면에 대한 저항 예측치를 구할 수 있는 수식을 제공하였으며, 이 새로운 수식은 어떤 표면에서도 적용가능한 매우 실용적이고 고무적인 연구 결과가 된 것으로 기대된다. 이를 통해 랜덤 미드포인트 방식으로 결정되는 임의의 표면을 구성하여 그 접촉 저항값을 찾아보았고, 이러한 표면 역시 멀티스케일적 특징을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 찾아낸 전기 접촉 저항의 예측 방식은 실제 수축 저항과 산화 피막을 모두 고려한 전기 접촉 표면에도 적용할 수 있는 모델이 될 것을 기대할 수 있다.
접촉하고 있는 물체간의 전기 저항은 학문적으로 그리고 산업적으로 중요한 문제로서 전기 커넥터, 카본 브러시, 저항용접, MEMS 등의 장비와 나노 단위 시스템 등 매크로부터 나노 스케일 상의 현상에 중요한 역할을 담당하는 변수이다. 특히 마이크로/나노 스케일의 시스템에서 접촉저항은 그 자체가 가지고 있는 작은 스케일로 인해서 정확성에 대한 요구가 학계와 산업계의 큰 문제로 남아 있다. 그러므로 접촉하고 있는 물체간의 전기 저항에 대한 신뢰할 수 있는 예측 모델을 개발하는 것은 산업적/경제적으로 상당히 중요한 혜택을 가져올 것이다. 그러기에 실용적이고 효율적이 전기 접촉 저항에 대한 예측은 상당히 중요하다. 실제로 전기 저항에 대한 이론적 수치해에 대한 접근은, 그 측정 장비의 해상도에 의해 형태가 달라지는 실제 표면의 특징 때문에 용이하지 않다. 따라서, 프랙탈 성질을 지니는 표면에 대한 효과적이 모델과 표면의 접촉점에 대한 적절한 표현이 필요하다.본 연구의 주된 목적은 프랙탈 성질이 나타나는 거친 표면의 형태를 찾아내어 접촉하고 있는 물체간의 전기접촉저항을 신뢰할 만한 값으로 제공하는 간단하고 강력한 모델을 개발함에 있다. 이를 위해서 본 연구에서는 구형 표면 프랙탈 성질을 지니는 Archard 모델을 선택하였다. 이러한 모델을 통해 접촉의 형태를 스케일에 따라 찾아내었다. 그리고 이를 통해 Greenwood 식을 이용하여 직접 Archrad 접촉 모델에 대한 수축 저항(constriction resistance)를 찾았다. 접촉저항은 스케일을 더해 갈수록 수렴해가는 형태를 나타내었다. 이 결과는 탄성 접촉 내에서 프랙탈 성질을 가지는 표면의 전기 접촉 저항은 그 한계를 가진다는 Barber의 이론에 이론적 뒷받침 하고 있다. 계속되는 스케일 증가로 인한 접촉점의 개수와 프랙탈의 무한성에 의한 계산의 한계를 극복하기 위해 Jang & Barber의 확률 모델을 이용하여, 실제 표면 형태에 가까운 확률 함수를 찾는 새로운 방식을 시도하였다. 한 걸음 더 나아가 실제로 핵 추정 방식(kernel estimation)을 써서 접촉 표면에서의 실제와 유사한 접촉 확률 분포를 얻었다. 확률 모델의 방식에서의 비교값으로 앞서 구한 Archard 모델의 결과가 사용되었으며, 스케일별로 확률 모델을 통한 접촉 표면에서의 저항값을 찾았다. 또한, 접촉 현상에 유용한 확률 함수를 찾아내어, 일반적으로 임의의 표면에 대한 저항 예측치를 구할 수 있는 수식을 제공하였으며, 이 새로운 수식은 어떤 표면에서도 적용가능한 매우 실용적이고 고무적인 연구 결과가 된 것으로 기대된다. 이를 통해 랜덤 미드포인트 방식으로 결정되는 임의의 표면을 구성하여 그 접촉 저항값을 찾아보았고, 이러한 표면 역시 멀티스케일적 특징을 나타낸다는 것을 알 수 있었다. 본 연구를 통해 찾아낸 전기 접촉 저항의 예측 방식은 실제 수축 저항과 산화 피막을 모두 고려한 전기 접촉 표면에도 적용할 수 있는 모델이 될 것을 기대할 수 있다.
Electrical contact can be found in a wide range of devices and machines such as magnetic storage device, microelectromechanical systems, resistance spot welding, and electrical systems with connector, electronic devices and machinery. The performances of these devices and machines depend on the qual...
Electrical contact can be found in a wide range of devices and machines such as magnetic storage device, microelectromechanical systems, resistance spot welding, and electrical systems with connector, electronic devices and machinery. The performances of these devices and machines depend on the quality of contact. However, the development of the electrical and thermal system is often impeded by the complex contact phenomenon which is yet to be understood. Consequently, significant efforts have been devoted to the understanding of this mechanism. Therefore, the practical and sufficient estimation of contact resistance is considerably important. The main purpose of the study is to develop a model which furnishes the reliable data of the electrical contact resistance.In this study, Archard''s model that considers a Hertzian contact between a spherical asperity and the surface of an half-space is chosen. We find the contact profiles of Hertzian Archard Model at each scale for the estimation of the electrical contact resistance by Greenwood equation. The results show the convergence of the electrical contact resistance according to scale, which is supported by the Barber''s theorem; the electrical contact resistance has a bound for elastic contact with Weierstrass profile. Avoiding the computational difficulty caused by the random characteristics of real surface and a large number of contact spots at finer scale, Jang & Barber''s statistical model is adopted to find a probability density of contact surface. Furthermore, using a kernel estimator it is possible to find the distribution of mean contact radius, which is not a constant approximation. From the statistical method, we find the multiscale contact resistance, approaching a finite limit, which confirms the boundness theorem of electrical contact resistance. Moreover, we suggest the relationship between the shortest length among contact spots and the window width of kernel estimator. As an application of this model to a fractal random surface from the Random Midpoint Displacement Algorithm, the electrical contact resistances according to scale are obtained, showing the multiscale features which converges to a finite limit as additional micrscales are added.
Electrical contact can be found in a wide range of devices and machines such as magnetic storage device, microelectromechanical systems, resistance spot welding, and electrical systems with connector, electronic devices and machinery. The performances of these devices and machines depend on the quality of contact. However, the development of the electrical and thermal system is often impeded by the complex contact phenomenon which is yet to be understood. Consequently, significant efforts have been devoted to the understanding of this mechanism. Therefore, the practical and sufficient estimation of contact resistance is considerably important. The main purpose of the study is to develop a model which furnishes the reliable data of the electrical contact resistance.In this study, Archard''s model that considers a Hertzian contact between a spherical asperity and the surface of an half-space is chosen. We find the contact profiles of Hertzian Archard Model at each scale for the estimation of the electrical contact resistance by Greenwood equation. The results show the convergence of the electrical contact resistance according to scale, which is supported by the Barber''s theorem; the electrical contact resistance has a bound for elastic contact with Weierstrass profile. Avoiding the computational difficulty caused by the random characteristics of real surface and a large number of contact spots at finer scale, Jang & Barber''s statistical model is adopted to find a probability density of contact surface. Furthermore, using a kernel estimator it is possible to find the distribution of mean contact radius, which is not a constant approximation. From the statistical method, we find the multiscale contact resistance, approaching a finite limit, which confirms the boundness theorem of electrical contact resistance. Moreover, we suggest the relationship between the shortest length among contact spots and the window width of kernel estimator. As an application of this model to a fractal random surface from the Random Midpoint Displacement Algorithm, the electrical contact resistances according to scale are obtained, showing the multiscale features which converges to a finite limit as additional micrscales are added.
주제어
#접촉 저항
#거친 표면
#멀티스케일
#프랙탈 표면
#수축 저항
#확률 방법
#핵 추정 방식
#contact resistance
#rough surface
#multiscale
#fractal surface
#constriction resistance
#statistic method
#kernel estimator
학위논문 정보
저자
이창욱
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
기계공학과
지도교수
장용훈
발행연도
2006
총페이지
ix, 104장
키워드
접촉 저항,
거친 표면,
멀티스케일,
프랙탈 표면,
수축 저항,
확률 방법,
핵 추정 방식,
contact resistance,
rough surface,
multiscale,
fractal surface,
constriction resistance,
statistic method,
kernel estimator
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.