| بررسی نانوتریبولوژی کلاژن نوع 2: محاسبه ضریب اصطکاک با روش دینامیک مولکولی تحت بارهای مختلف |
| کد مقاله : 1162-ITME |
| نویسندگان |
|
احمد همایونی *1، معین طاهری2، علی فراهانی3 1استادیار دانشگاه صنعتی اراک 2دانشیار دانشگاه اراک 3دانشجوی کارشناسی ارشد رشته مکاترونیک دانشگاه اراک |
| چکیده مقاله |
| غضروف مفصلی به دلیل خواص تریبولوژیکی منحصربه‌فرد خود، به‌ویژه ضریب اصطکاک پایین، نقش حیاتی در عملکرد مفاصل ایفا می‌کند. کلاژن نوع ۲، به‌عنوان جزء اصلی ساختاری غضروف، تأثیر بسزایی در این خواص دارد. در این پژوهش، رفتار نانوتریبولوژیکی تماس بین دولایه کلاژن نوع ۲ در شرایط خشک با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (MD) و نرم‌افزار LAMMPS، تحت چهار نیروی فشاری مختلف (۳.۵، ۷، ۱۴ و ۲۸ نانونیوتن) مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی، محاسبه کمی ضریب اصطکاک و بررسی وابستگی آن به نیروی فشاری در جهت لغزش عمود بر محور فیبریل‌های کلاژن بوده است. نتایج نشان می‌دهد که ضریب اصطکاک با افزایش نیروی نرمال، روند کاهشی کلی از خود نشان می‌دهد. مقادیر ضریب اصطکاک برای بارهای ۳.۵، ۷، ۱۴ و ۲۸ نانونیوتن به ترتیب حدود ۰.۳۵۳، ۰.۱۹۳، ۰.۱۹۵ و ۰.۰۲۲ محاسبه گردیده است. کاهش ضریب اصطکاک با افزایش بار، با افزایش سطح تماس واقعی در مقیاس اتمی و افزایش تعداد ذرات درگیر در سطح اندرکنش، مرتبط دانسته شده است. افت چشمگیر ضریب اصطکاک در بالاترین بار (۲۸ نانونیوتن) به مقدار ۰.۰۲۲، بیانگر تغییر قابل‌توجه در مکانیزم‌های اصطکاکی، احتمالاً ناشی از لغزش بین لایه‌ای مؤثرتر در این سطح از فشار است. این یافته‌ها بینش عمیق‌تری در مورد رفتار اصطکاکی کلاژن در شرایط بارگذاری بالا و کم‌آبی فراهم کرده و می‌تواند در طراحی مواد بیولوژیکی و پروتزهای مفصلی با عملکرد بهبودیافته مفید واقع شود. |
| کلیدواژه ها |
| کلاژن نوع 2، ضریب اصطکاک، دینامیک مولکولی، LAMMPS، نانوتریبولوژی، غضروف مفصلی |
| وضعیت: پذیرفته شده |