Контакт с межмолекулярным взаимодействием для вязкоупругого слоя (самосогласованный подход): баланс энергии для системы индентор–слой–подложка

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается контакт бесконечно протяженного плоского индентора и вязкоупругого слоя в рамках самосогласованного по Дерягину подхода с поверхностным (традиционная постановка) и объемным (уточненная постановка) приложением сил межмолекулярного взаимодействия. Предложены соответствующие модели контактного взаимодействия, для которых составлен и обоснован баланс энергии в системе индентор–слой–подложка. Последний учитывает вязкую диссипацию энергии, потенциальную энергию упругой деформации, энергию поля, а также энергию, рассеиваемую при скачке контактного зазора.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Солдатенков

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: iasoldat@hotmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Derjaguin B. Untersuchungen über die Reibung und Adhäsion, IV. Theorie des Anhaftens kleiner Teilchen // Kolloid-Zeitschrift. 1934. Bd. 69. H. 2. S. 155–164.
  2. Johnson K.L., Kendall K., Roberts A.D. Surface energy and the contact of elastic solids // Proc. Roy. Soc. London. Ser. A. 1971. V. 324. №1558. P. 301–313.
  3. Derjaguin B.V., Muller V.M., Toporov Yu.P. Effect of contact deformations on the adhesion of particles // J. Colloid Interface Sci. 1975. V. 53. №2. P. 314–326.
  4. Sridhar I., Johnson K.L., Fleck N.A. Adhesion mechanics of the surface force apparatus // J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. V. 30. №12. P. 1710–1719.
  5. Sergici A.O., Adams G.G., Müftü S. Adhesion in the contact of a spherical indenter with a layered elastic half-space // J. Mech. Phys. Solids. 2006. V. 54. №9. P. 1843–1861.
  6. Reedy E.D. Thin-coating contact mechanics with adhesion // J. Mater. Res. 2006. V. 21. №10. P. 2660–2668.
  7. Borodich F.M., Galanov B.A., Perepelkin N.V., Prikazchikov D.A. Adhesive contact problems for a thin elastic layer: Asymptotic analysis and the JKR theory // Math.&Mech. of Solids. 2018. V. 24. №5. P. 1405–1424.
  8. Greenwood J.A., Johnson K.L. The mechanics of adhesion of viscoelastic solids // Phil. Mag. A. 1981. V. 43. №3. P. 697–711.
  9. Горячева И.Г., Губенко М.М, Маховская Ю.Ю. Скольжение сферического индентора по вязкоупругому основанию с учетом сил молекулярного притяжения // ПМТФ. 2014. Т. 55. №1. С. 99–107.
  10. Lin Y.Y., Hui C.Y. Mechanics of contact and adhesion between viscoelastic spheres: an analysis of hysteresis during loading and unloading // J. Polymer Sci. Pt. B: Polymer Phys. 2002. V. 40. P. 772–793.
  11. Haiat G., Phan Huy M.C., Barthel E. The adhesive contact of viscoelastic spheres // J. Mech.&Phys. of Solids. 2003. V. 51. №1. P. 69–99.
  12. Muller V.M., Yushchenko V.S., Derjaguin B.V. On the influence of molecular forces on the deformation of an elastic sphere and its sticking to a rigid plane // J. Coll. Interface Sci. 1980. V. 77. №1. P. 91–101.
  13. Attard P., Parker J.L. Deformation and adhesion of elastic bodies in contact // Phys. Rev. A. 1992. V. 46. №12. P. 7959–7971.
  14. Greenwood J.A. Adhesion of elastic spheres // Proc. R. Soc. Lond. A. 1997. V. 453. №1961. P. 1277–1297.
  15. Солдатенков И.А. Применение метода последовательных приближений к расчету упругого контакта при наличии молекулярной адгезии // ПММ. 2012. Т. 76. Вып. 5. C. 734–743.
  16. McMeeking R.M. A Maxwell stress for material interactions // J. Colloid Interface Sci. 1998. V. 199. №2. P. 187–196.
  17. Sauer R.A., Li S. A contact mechanics model for quasi-continua // Int. J. Numer. Meth. Engng. 2007. V. 71. №8. P. 931–962.
  18. He L.H. Stress and deformation in soft elastic bodies due to intermolecular forces // J. Mech. Phys. Solids. 2013. V. 61. №6. P. 1377–1390.
  19. Солдатенков И.А. Контактная задача при объемном приложении сил межмолекулярного взаимодействия (уточненная постановка) // ПММ. 2013. Т. 77. Вып. 6. С. 877–893.
  20. Dolgov N.A., Romashin S.N., Frolenkova L.Yu., Shorkin V.S. A model of contact of elastic bodies with account for their adhesion // Int. J. Nanomech. Sci.&Technol. 2015. V. 6. №2. P. 117–133.
  21. Jagota A., Argento C. An intersurface stress tensor // J. Colloid Interface Sci. 1997. V. 191. №2. P. 326–336.
  22. Argento C., Jagota A., Carter W.C. Surface formulation for molecular interactions of macroscopic bodies // J. Mech. Phys. Solids. 1997. V. 45. №7. P. 1161–1183.
  23. Wu J.-J. The Jump-to-contact distance in atomic force microscopy measurement // J. of Adhesion. 2010. V. 86. №11. P. 1071–1085.
  24. Горячева И.Г., Маховская Ю.Ю. Адгезионное взаимодействие упругих тел // ПММ. 2001. Т. 65. №2. С. 279–289.
  25. Kesari H., Lew A.J. Effective macroscopic adhesive contact behavior induced by small surface roughness // J. Mech. Phys. Solids. 2011. V. 59. P. 2488–2510.
  26. Ciavarella M., Greenwood J.A., Barber J.R. Effect of Tabor parameter on hysteresis losses during adhesive contact // J. Mech. Phys. Solids. 2017. V. 98. P. 236–244.
  27. Солдатенков И.А. Контакт с межмолекулярным взаимодействием для вязкоупругого слоя (самосогласованный подход): расчет НДС и диссипации энергии // ПММ. 2020. Т. 84. №1. С. 102–121.
  28. Солдатенков И.А. Контакт с межмолекулярным взаимодействием для вязкоупругого слоя (самосогласованный подход): анализ особенностей процесса подвода/отвода индентора // ПММ. 2021. Т. 85. №1. С. 44–65.
  29. Солдатенков И.А. Контакт с межмолекулярным взаимодействием для вязкоупругого слоя (самосогласованный подход): диссипация энергии при индентировании и сила трения // ПММ. 2022. Т. 86. №3. С. 424–444.
  30. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 399 с.
  31. Handbook of Micro/Nanotribology / Ed. by Bhushan B. Boca Raton: CRC Press LLC, 1999.
  32. Israelachvili J.N. Intermolecular and Surface Forces. London: Academic, 2011.
  33. Kaplan I.G. Intermolecular Interactions: Physical Picture, Computational Methods and Model Potentials. Chichester: Wiley, 2006.
  34. Солдатенков И.А. Контактная задача при объемном приложении сил межмолекулярного взаимодействия: особенности подповерхностных напряжений // ПММ. 2016. Т. 80. №6. С. 733–745.
  35. Кристенсен Р. Введение в теорию вязкоупругости. М.: Мир, 1974. 338 c.
  36. Огибалов П.М., Ломакин В.А., Кишкин Б.П. Механика полимеров. М.: Изд-во МГУ, 1975. 528 с.
  37. Адамов А.А., Матвеенко В.П., Труфанов Н.А., Шардаков И.Н. Методы прикладной вязкоупругости. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 411 с.
  38. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Физматлит, 2003. Т. 3. 728 с.
  39. Takahashi K., Onzawa T. Effect of the stiffness of the measurement system on adhesion force curves in the elastic continuum limit // J. Adhesion Sci. Technol. 1996. V. 10. №1. P. 17–31.
  40. Johnson K.L. Mechanics of adhesion // Tribol. Int. 1998. V. 31. №8. P. 413–418.
  41. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука, 1977. 383 с.
  42. Солдатенков И.А. К расчету деформационной составляющей силы трения для стандартного вязкоупругого основания // Трение и износ. 2008. Т. 29. №1. С. 12–21.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Контактное взаимодействие индентора с основанием, состоящим из вязкоупругого слоя и абсолютно жесткой подложки

Скачать (25KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимости контактного зазора от времени в режиме подвода (а) и отвода (б) индентора (традиционная постановка задачи). Стрелками показаны скачки контактного зазора

Скачать (13KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Характерный график функции и значения при подводе индентора

Скачать (14KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схема скольжения тела по поверхности со ступенькой (для наглядности длины пружин укорочены)

Скачать (18KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024