<!DOCTYPE article
PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20190208//EN"
       "JATS-journalpublishing1.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
 <front>
  <journal-meta>
   <journal-id journal-id-type="publisher-id">Transport engineering</journal-id>
   <journal-title-group>
    <journal-title xml:lang="en">Transport engineering</journal-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>Транспортное машиностроение</trans-title>
    </trans-title-group>
   </journal-title-group>
   <issn publication-format="print">2782-5957</issn>
  </journal-meta>
  <article-meta>
   <article-id pub-id-type="publisher-id">48984</article-id>
   <article-id pub-id-type="doi">10.30987/2782-5957-2022-01-02-20-28</article-id>
   <article-categories>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="ru">
     <subject>Машиностроение</subject>
    </subj-group>
    <subj-group subj-group-type="toc-heading" xml:lang="en">
     <subject>Mechanical engineering</subject>
    </subj-group>
    <subj-group>
     <subject>Машиностроение</subject>
    </subj-group>
   </article-categories>
   <title-group>
    <article-title xml:lang="en">FRICTION OF FRACTAL SURFACES</article-title>
    <trans-title-group xml:lang="ru">
     <trans-title>ТРЕНИЕ ФРАКТАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ</trans-title>
    </trans-title-group>
   </title-group>
   <contrib-group content-type="authors">
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-4170-6184</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Измеров</surname>
       <given-names>Михаил Александрович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Izmerov</surname>
       <given-names>Mikhail Aleksandrovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>m.izmerov@yandex.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>кандидат технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>candidate of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-1"/>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author">
     <contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-7269-8175</contrib-id>
     <name-alternatives>
      <name xml:lang="ru">
       <surname>Тихомиров</surname>
       <given-names>Виктор Петрович</given-names>
      </name>
      <name xml:lang="en">
       <surname>Tikhomirov</surname>
       <given-names>Victor Petrovich</given-names>
      </name>
     </name-alternatives>
     <email>dm-bgtu@yandex.ru</email>
     <bio xml:lang="ru">
      <p>доктор технических наук;</p>
     </bio>
     <bio xml:lang="en">
      <p>doctor of technical sciences;</p>
     </bio>
     <xref ref-type="aff" rid="aff-2"/>
    </contrib>
   </contrib-group>
   <aff-alternatives id="aff-1">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Брянский государственный технический университет</institution>
     <city>Брянск</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Bryansk State Technical University</institution>
     <city>Bryansk</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <aff-alternatives id="aff-2">
    <aff>
     <institution xml:lang="ru">Брянский государственный технический университет</institution>
     <city>Брянск</city>
     <country>Россия</country>
    </aff>
    <aff>
     <institution xml:lang="en">Bryansk State Technical University</institution>
     <city>Bryansk</city>
     <country>Russian Federation</country>
    </aff>
   </aff-alternatives>
   <pub-date publication-format="print" date-type="pub" iso-8601-date="2022-02-28T00:00:00+03:00">
    <day>28</day>
    <month>02</month>
    <year>2022</year>
   </pub-date>
   <pub-date publication-format="electronic" date-type="pub" iso-8601-date="2022-02-28T00:00:00+03:00">
    <day>28</day>
    <month>02</month>
    <year>2022</year>
   </pub-date>
   <volume>2022</volume>
   <fpage>20</fpage>
   <lpage>28</lpage>
   <history>
    <date date-type="received" iso-8601-date="2022-02-21T00:00:00+03:00">
     <day>21</day>
     <month>02</month>
     <year>2022</year>
    </date>
   </history>
   <self-uri xlink:href="https://bstu.editorum.ru/en/nauka/article/48984/view">https://bstu.editorum.ru/en/nauka/article/48984/view</self-uri>
   <abstract xml:lang="ru">
    <p>Цель исследования: разработка методики определения коэффициента трения фрактальных поверхностей.&#13;
Задача, решению которой посвящена статья: оценка коэффициента трения. &#13;
Методы исследования: моделирование контактного взаимодействия, аналитические расчёты.&#13;
Новизна работы: проведена оценка коэффициента трения фрактальных поверхностей на основе оценки силового взаимодействия микровыступов.&#13;
Результаты исследования: представлена процедура определения составляющих коэффициента трения, зависящих от параметров фрактальной шероховатости; получены количественные результаты коэффициента трения фрактальных поверхностей.&#13;
Выводы: фрактальная модель контакта реализуется при малом контактном давлении, а с ростом фрактальной размерности коэффициент трения уменьшается.</p>
   </abstract>
   <trans-abstract xml:lang="en">
    <p>The work objective is to develop methods for defining the friction coefficient of fractal surfaces.&#13;
The problem to which the paper is devoted: estimation of the friction coefficient.&#13;
Research methods: modelling of contact interaction, analytical calculations.&#13;
The novelty of the work: the friction coefficient of fractal surfaces is estimated based on the estimation of the force interaction of microirregularities.&#13;
Results of the study: the procedure for defining the components of the friction coefficient depending on the parameters of fractal roughness is presented; quantitative results of the friction coefficient of fractal surfaces are obtained. &#13;
Conclusions: the fractal contact model is implemented at low contact pressure, and with the growth of the fractal dimension, the friction coefficient decreases.</p>
   </trans-abstract>
   <kwd-group xml:lang="ru">
    <kwd>фрактал</kwd>
    <kwd>фрактальные поверхности</kwd>
    <kwd>внешнее трение</kwd>
    <kwd>модели контактного взаимодействия</kwd>
    <kwd>коэффициент трения</kwd>
   </kwd-group>
   <kwd-group xml:lang="en">
    <kwd>fractal</kwd>
    <kwd>fractal surfaces</kwd>
    <kwd>external friction</kwd>
    <kwd>models of contact interaction</kwd>
    <kwd>friction coefficient</kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
 </front>
 <body>
  <p>Введение В более ранних работах по данной тематике исследователи полагали, что статическое трение возникает за счет механических взаимодействий шероховатых поверхностей на уровне микромасштаба [1]. Линейная зависимость силы трения от нормальной нагрузки в теории Кулона-Амонтона определялась наклоном неровностей. При этом коэффициент статического трения оказывался пропорциональным тангенсу угла наклона fS=tanθ  [2]. Линейное соотношение между фактической площадью контакта и нормальной силой, наблюдаемое часто в экспериментальных исследованиях, используется для оценки адекватности предлагаемой модели механики контакта. Боуден и Тейбор [3] отмечали влияние на сопротивление относительному сдвигу твердых тел молекулярного взаимодействия на физическом контакте твердых тел. В настоящее время полагают, что трение и сопутствующие процессы, определяющие поведение пары трения, зависят не столько от свойств элементов пары, сколько от структуры всей трибологической системы, включающей промежуточную и окружающую среду, а также разного рода воздействия на систему. Это имеет особое значение в трибосистемах в условиях низкой нагрузки, где сопротивление относительному сдвигу элементов пары трения может не показать линейную зависимость от нормальных сил [4]. Следует отметить исследования по изучению зависимости фрикционных явлений от параметров шероховатости таких, как, например, арифметическое среднее отклонение ординат неровностей Ra и др. [5]. Кроме того, для оценки статического трения используют свойства материала, соотношение твердости элементов пары, распределение высот шероховатой поверхности и форму неровностей [6]. Эти исследования обычно строились на основе определённого распределения высот шероховатости с принятыми неровностями в виде сферических сегментов.Модель контактного взаимодействия На рис. 1. приведены поверхности, имеющие разную структуру при одной и той же амплитудной характеристике – среднеквадратичного отклонения высот.   а)                                                                                              б)Рис. 1. Поверхности: а – фрактальная; б – модель Гринвуда-ВильямсонаFig. 1. Surfaces: a - fractal; b – Greenwood-Williamson model  Инженерные поверхности имеют многоуровневые отклонения от правильной формы, присущие фрактальным объектам и характеризуемые статистическим самоподобием [7], и таким образом, в последние годы фрактальная природа привлекает все большее внимание исследователей в области анализа инженерных поверхностей и задач, связанных с контактной механикой [8, 9]. В работе [10] представлена структура и взаимодействие фрактальных поверхностей. На рис. 2а –  показана модель элементарного взаимодействия неровностей фрактальных шероховатых поверхностей и на рис. 2б – их силовые взаимоотношения. Здесь ai - площадь пятна, которая предполагается равноценной с ее проекцией ввиду малого угла наклона неровностей θ.Рис. 2. Фрактальные поверхности: а – схема контакта, б – их силовые взаимодействияFig. 2. Fractal surfaces: a – contact diagram, b – their force interactions </p>
 </body>
 <back>
  <ref-list>
   <ref id="B1">
    <label>1.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">O'Connor J., Johnson K. The role of surface asperi-ties in transmitting tangential forces between met-als. Wear. 1963; 6:118-39.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">O'Connor J., Johnson K. The role of surface asperi-ties in transmitting tangential forces between met-als. Wear. 1963; 6:118-39.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B2">
    <label>2.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Müser M.H., Wenning L., Robbins M.O. Simple microscopic theory of Amonton's laws for static friction // Phys rev lett. 2001; 86:1295. DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.1295.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Müser M.H., Wenning L., Robbins M.O. Simple microscopic theory of Amonton's laws for static friction // Phys rev lett. 2001; 86:1295. DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.1295.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B3">
    <label>3.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Bowden F., Tabor D. The area of contact between stationary and between moving surfaces Proceed-ings of the royal society of London series A - Math-ematical and physical sciences. 1939:391-413.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Bowden F., Tabor D. The area of contact between stationary and between moving surfaces Proceed-ings of the royal society of London series A - Math-ematical and physical sciences. 1939:391-413.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B4">
    <label>4.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Adams G.G., Müftü S., Azhar N.M. A scale-dependent model for multi-asperity contact and friction Journal of tribology. 2003;125:700-8.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Adams G.G., Müftü S., Azhar N.M. A scale-dependent model for multi-asperity contact and friction Journal of tribology. 2003;125:700-8.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B5">
    <label>5.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Menezes P.L., Kailas S.V. Effect of surface rough-ness parameters and surface texture on friction and transfer layer formation in tin-steel tribo-system J. mater process technol. 2008;208:372-82.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Menezes P.L., Kailas S.V. Effect of surface rough-ness parameters and surface texture on friction and transfer layer formation in tin-steel tribo-system J. mater process technol. 2008;208:372-82.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B6">
    <label>6.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Greenwood J., Williamson J. Contact of nominally flat surfaces Proceedings of the royal society of London series A - Mathematical and physical sci-ences. 1966;295:300-19.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Greenwood J., Williamson J. Contact of nominally flat surfaces Proceedings of the royal society of London series A - Mathematical and physical sci-ences. 1966;295:300-19.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B7">
    <label>7.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Go J.Y., Pyun S.I. Fractal approach to rough sur-faces and interfaces in electrochemistry Modern as-pects of electrochemistry.  Springer, 2006. P. 167-229.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Go J.Y., Pyun S.I. Fractal approach to rough sur-faces and interfaces in electrochemistry Modern as-pects of electrochemistry.  Springer, 2006. P. 167-229.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B8">
    <label>8.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Yan W., Komvopoulos K. Contact analysis of elas-tic-plastic fractal surfaces Journal of applied phys-ics. 1998;  84(7):3617.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Yan W., Komvopoulos K. Contact analysis of elas-tic-plastic fractal surfaces Journal of applied phys-ics. 1998;  84(7):3617.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B9">
    <label>9.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Kuo X., Yuan Y., Jianjiang C. The effects of size distribution functions on contact between fractal rough surfaces AIP Advances 8. 2018;075317:1-14.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Kuo X., Yuan Y., Jianjiang C. The effects of size distribution functions on contact between fractal rough surfaces AIP Advances 8. 2018;075317:1-14.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B10">
    <label>10.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Hanaor D.A., Gan Y., Einav I. Static friction at fractal interfaces Tribology International. 2016; 93:229-238.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Hanaor D.A., Gan Y., Einav I. Static friction at fractal interfaces Tribology International. 2016; 93:229-238.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B11">
    <label>11.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука, 1977. 221 с.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Mihin N.M. Vneshnee trenie tverdyh tel. M.: Nauka, 1977. 221 s.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B12">
    <label>12.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Yaii W. Contact analysis of elastic-plastic fractal surfaces Journal of applied physics. 1998;84(7):3617.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Yaii W. Contact analysis of elastic-plastic fractal surfaces Journal of applied physics. 1998;84(7):3617.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B13">
    <label>13.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Маджумдар А., Бхушан Б. Фрактальная модель упругопластического контактирования шерохо-ватых поверхностей // Современное машино-строение. Сер. Б. 1991. №6. С. 11-23.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Madzhumdar A., Bhushan B. Fraktal'naya model' uprugoplasticheskogo kontaktirovaniya sheroho-vatyh poverhnostey // Sovremennoe mashino-stroenie. Ser. B. 1991. №6. S. 11-23.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B14">
    <label>14.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Zhao Y., Yang Ch., Cai L., Shi W., Hong Y. Stiff-ness and damping model of bolted joints with une-ven surface contact pressure distribution Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering. 2016;11(62):556-677.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Zhao Y., Yang Ch., Cai L., Shi W., Hong Y. Stiff-ness and damping model of bolted joints with une-ven surface contact pressure distribution Strojniški vestnik - Journal of Mechanical Engineering. 2016;11(62):556-677.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B15">
    <label>15.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Whitehouse D.J., Archard J.F. The Properties of random surfaces of significance in their contact Proceedings of the royal society of London A. 1970;316:97-121.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Whitehouse D.J., Archard J.F. The Properties of random surfaces of significance in their contact Proceedings of the royal society of London A. 1970;316:97-121.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B16">
    <label>16.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Jackson R.L., Streator J.L. A multiscale model for contact between rough surfaces. Wear. 2006;261(1112):1337-1347.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Jackson R.L., Streator J.L. A multiscale model for contact between rough surfaces. Wear. 2006;261(1112):1337-1347.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
   <ref id="B17">
    <label>17.</label>
    <citation-alternatives>
     <mixed-citation xml:lang="ru">Jackson R.L., Green I. A statistical model of elasto-plastic asperity contact be-tween rough surfaces Tribology international. 2006;9(39):906-914.</mixed-citation>
     <mixed-citation xml:lang="en">Jackson R.L., Green I. A statistical model of elasto-plastic asperity contact be-tween rough surfaces Tribology international. 2006;9(39):906-914.</mixed-citation>
    </citation-alternatives>
   </ref>
  </ref-list>
 </back>
</article>
