초록 ▼

고내구성 저마찰을 위한 고정밀 마찰요소에 대한 연구를 유체 윤활제 박막거동에 대한 부분과 접촉 요소의 표면 패턴 구조에서 해석 영역스케일에 따라 CFD 적용과 질량보전개념(mass consevation)에 의한 캐비테이션 거동부분으로 나누어 연구하였다. 이를 바탕으로 외부하중을 지지할 수 잇는 유막 압력 형성에 대한 연구를 표면패턴 구조의 영향에 따라 어떻게 나타나는지를 고찰 하였다. 또한 가공특성상 필수적으로 나타나는 표면 거칠기의 영향에 대한 유체윤활유막 형성에 대한 고찰도 탄성유체윤활 영역에서의 해석 기법을 이용하여 규명하였다

고내구성 저마찰을 위한 고정밀 마찰요소에 대한 연구를 유체 윤활제 박막거동에 대한 부분과 접촉 요소의 표면 패턴 구조에서 해석 영역스케일에 따라 CFD 적용과 질량보전개념(mass consevation)에 의한 캐비테이션 거동부분으로 나누어 연구하였다. 이를 바탕으로 외부하중을 지지할 수 잇는 유막 압력 형성에 대한 연구를 표면패턴 구조의 영향에 따라 어떻게 나타나는지를 고찰 하였다. 또한 가공특성상 필수적으로 나타나는 표면 거칠기의 영향에 대한 유체윤활유막 형성에 대한 고찰도 탄성유체윤활 영역에서의 해석 기법을 이용하여 규명하였다. 기존 연구와의 차별성은 표면패턴 구조의 형태를 유막 형성에 대한 메카니즘에 기존의 통계학적 접근해석과 달리 직접적인 형상의 유막형태를 고려하여 유막압력 변화와 마찰력의 변화 과정을 비정상 상태에서 해석 규명하였다.
우선적으로 표면 형상이 3차원적으로 너비, 길이, 깊이 등의 미세한 차이가 있기 때문에 이에 대한 자세한 영향평가를 위해 CFD해석 기법을 이용한다. 해석 결과에서는 유선라인의 분석 및 정수압 및 동수압 형성에 대한 분석을 진행한다. 실제로 표면구조의 3차원 형태는 윤활현상의 기능적 작용 뿐만 아니라 가공상의 방법 및 비용등에 따라 표면형태의 3차원 구조 설계가 다양한 제약조건에 영향을 받고 있기 때문에 이에 대한 분석이 필요하다.
표면구조 패턴에서의 유막 두께는 패턴 구조의 크기, 분포, 형태에 따라 패턴 속에 유체가 함유되는 현상과 패턴 주변에서의 유체거동으로 인하여 표면에 매끄러운 형태의 접촉에서 보다도 훨씬 두꺼운 유막이 형성될 수 있다. 이러한 표면은 윤활유가 적절히 공급 받는 조건이 아닌 경우에 윤활유를 함유하고 있는 공간을 형성하여 직접 접촉을 방지하는 역할을 한다. 이 때 인위적 패턴 형태(engineered surface texture)를 표면거칠기로 다루는 기존의 해석법을 이용할 수도 있으며, 또는 접촉면적의 크기가 상대적으로 작을 때는 표면 구조의 정보를 high frequency 성분의 표면거칠기와 low frequency 성분의 패턴구조 형태를 함께 직접적으로 다루는 기법(deterministic)으로 처리한다. 하중지지력 해석은 표면 구조와 접촉 유막두께의 크기 비에 따라 유체의 cavitation 현상에 대한 모델링이 중요한데, 이 경우 표면구조 또는 표면거칠기 성분의 접촉 기하학적 형태에서 발생하는 공동현상(cavitation)을 기존의 레이놀즈 경제조건을 대체하는 유동의 질량보존 법칙 (Elrod-Adams, p-ϴ principle)과 증기압보다 낮은 상태의 phase flow의 증기압 크기 변화를 고려한다. 실제 캐비테이션 영역에서 이러한 유동의 질량보존 법칙을 적용하면 마이크로 패턴 구조에서의 유막압력 형태는 일반적으로 많이 적용하는 레이놀즈 경계조건과 상이한 결과를 보여준다.
본 연구의 대상은 표면구조가 접촉요소의 기능 및 성능에 매우 중요하게 발생되는 대상을 주로 고려하였다. 한 가지는 표면구조 패턴 그 자체가 중요 요소인 디스플레이 표면 구조에 대한 가공공정상 나타나는 접촉 압력에 대한 하중지지력과 변형정도를 탄성유체윤활의 해석기법으로 규명하였다. 두 번째로는 표면구조 패턴형태가 고정된 마찰면에 위치하며 다른 마찰면이 변동하중과 변동속도를 갖고 접촉할 때의 표면구조 패턴이 나타내는 윤활유막의 하중지지력과 마찰저항에 대한 내용이다. 이러한 부분은 동수압적 윤활현상에서의 윤활유막형성과 전단저항에 대한 기능적 중요사항을 규명하는 내용으로 관련된 연구의 핵심적 기반을 제공하는 기술이며, 경계윤활 및 마찰제어를 위한 제반 기술에 기초개념을 확립하는 계기가 된다.