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나노/마이크로 스케일에서의 접촉특성은 극미세 전자 기계 시스템(MEMS)이나 고밀도 마그네틱 저장 장치(HDD)와 같은 새로운 기술 분야에서 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 장치들은 미소한 하중 하에서 작동하며 부피에 대한 표면적의 비율이 높기 때문에 표면이 마찰에 미치는 영향이 매우 중요하며 마찰을 줄이기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 한편 두 표면이 접촉할 때 생기는 변형에 의한 실제 접촉면적에 대한 해석은 그 응용범위가 기계적인 특성, 전기적인 특성, 또는 유체학적인 특성을 좌우하는 중요한 정보가 되며, 특히 미시적인 계에서는 거시적인 계에 비해 표면에 의한 효과가 크게 증가하므로, 대부분의 물체의 특성이 표면에 의해 정의된다. 그리고, 나노/마이크로 스케일의 표면에서는 원자들의 분포에 따른 거칠기가 항상 존재하기 때문에, 거시적인 계에서와는 달리 거칠기가 두 표면 사이의 접촉특성에 큰 영향을 주어 마모나 파손의 직접적인 원인이 될 수 있어 미시적인 계에서는 이 부분에 대한 연구가 먼저 선행되어야 한다. 유한요소 해석에서는 구형의 거칠기를 가진 표면의 다양한 접촉 형상과 ...

나노/마이크로 스케일에서의 접촉특성은 극미세 전자 기계 시스템(MEMS)이나 고밀도 마그네틱 저장 장치(HDD)와 같은 새로운 기술 분야에서 중요한 역할을 하고 있다. 이러한 장치들은 미소한 하중 하에서 작동하며 부피에 대한 표면적의 비율이 높기 때문에 표면이 마찰에 미치는 영향이 매우 중요하며 마찰을 줄이기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 한편 두 표면이 접촉할 때 생기는 변형에 의한 실제 접촉면적에 대한 해석은 그 응용범위가 기계적인 특성, 전기적인 특성, 또는 유체학적인 특성을 좌우하는 중요한 정보가 되며, 특히 미시적인 계에서는 거시적인 계에 비해 표면에 의한 효과가 크게 증가하므로, 대부분의 물체의 특성이 표면에 의해 정의된다. 그리고, 나노/마이크로 스케일의 표면에서는 원자들의 분포에 따른 거칠기가 항상 존재하기 때문에, 거시적인 계에서와는 달리 거칠기가 두 표면 사이의 접촉특성에 큰 영향을 주어 마모나 파손의 직접적인 원인이 될 수 있어 미시적인 계에서는 이 부분에 대한 연구가 먼저 선행되어야 한다. 유한요소 해석에서는 구형의 거칠기를 가진 표면의 다양한 접촉 형상과 수직하중을 가하였을 때 정적 접촉 해석과 전단응력을 가하였을 때의 동적 접촉해석을 수행하였다. 구형은 Self-affine Fractal 표면을 적용하여 실제 표면과 거의 유사한 표면 거칠기를 구현 하여 유한요소모델을 만들었고, 각각의 수직 하중과 표면 거칠기에 따른 접촉 특성과 마찰 특성을 규명하기 위해 사용한 유한요소 패키지는 ABAQUS/explicit을 이용하였다. 본 연구에서는 두 모델의 해석을 수행하여, 일정 곡률과 표면 거칠기를 갖는 표면이 수직하중(normal load)에 의해 서로 접촉할 때, 그 특성이 표면 거칠기에 의해 어떤 영향을 받는지, 또 접촉면에서의 소성 특성이 어떤 영향을 미치는지, 그리고 동등한 해석 모델에서 수직 하중을 가한 후 전단력을 가하여 마찰이 발생할 때 각각의 표면 거칠기와 수직 하중에 따른 마찰특성 해석을 수행하여 실제 거동을 예측할 수 있음을 보이고자 한다.

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