Адгезия упругих тел

В данной главе рассматриваются задачи о взаимодействии упругих тел при наличии сил притяжения (адгезии) различной природы, вызванной их поверхностной энергией или присутствием в зоне контакта менисков жидкости. Большое внимание уделяется анализу совместного влияния параметров микрогеометрии контактирующих поверхностей и свойств поверхности и поверхностных плёнок на характеристики контактного взаимодействия. Полученные зависимости используются, в частности, для расчёта адгезионной составляющей сопротивления качению упругих тел. Глава составлена по работам [47, 48, 101, 208], выполненным совместно с Ю.Ю. Маховской. [c.78]

Таким образом, система уравнений и граничные условия в задаче о взаимодействии упругих тел с учётом их поверхностной энергии при сделанном предположении об аппроксимации функции Леннарда-Джонса кусочно-постоянной функцией является частным случаем системы, полученной при изучении капиллярной адгезии. Следовательно, построенные в 2.2 решения могут быть использованы и для анализа контактных характеристик при взаимодействии упругих тел, характеризуемых поверхностной энергией 7. При этом в полученных решениях следует положить (7 = 7/2. [c.98]

Результаты расчётов позволили установить, что наличие адгезии, связанной с молекулярным взаимодействием поверхностей, приводит к эффектам, аналогичным имеющим место при капиллярной адгезии наличие отрицательных давлений в контакте, увеличение размера области контакта, неоднозначность определения контактных характеристик при отрицательных значениях силы. Кроме того, зависимость нагрузки, действующей на тела, от расстояния между ними является немонотонной и неоднозначной. Это иллюстрируется рис. 2.8,а, где приведены графики безразмерной нагрузки от безразмерной величины D/L, характеризующей изменение расстояния между телами при деформировании [L — - характерный геометрический размер), построенные для случая контакта двух упругих тел, форма зазора между которыми в недеформированном состоянии описывается функцией /(г) = Сг (см. рис. 2.5,а, кривая 2). Кривые 1 и 2 соответствуют двум разным значениям величины поверхностной энергии 7- Участки непосредственного контактирования поверхностей выделены на кривых, как и прежде, толстыми линиями. В отличие от случая капиллярной адгезии неоднозначность зависимости нагрузки от расстояния имеет место при всех значениях параметров. [c.100]

Рис. 2.12. Зависимость диссипации энергии от параметра А в случае адгезии сухих поверхностей (а) и от параметра т] в случае капиллярной адгезии (б), построенные при п = 1 с использованием модели упругих тел (1) и модели Винклера (2)

Рис. 2.13. Зависимость нагрузки от изменения расстояния между телами при п = 1(а)ип = 2(б )в случае капиллярной адгезии Кривые 1 соответствуют модели упругих тел, кривые 2 - модели Винклера, кривые 3 - модели жёстких тел

На рис. 2.13 приведены зависимости нагрузки от сближения тел для случая капиллярной адгезии, полученные с использованием точных соотношений (2.11) для упругих тел (кривые 1), упрощённых (2.50), соответствующих модели Винклера (кривые 2) и с использованием модели жёстких тел (кривые 3) для двух различных форм штампов, т. е. для п = 1 (а) и п = 2 [б]. Сравнение кривых показывает, что только в случае учёта упругости тел можно получить немонотонные и неоднозначные зависимости нагрузки от сближения тел. При этом зависимости, построенные на основании модели Винклера, идентичны полученным с использованием точных соотношений. Такой же вывод можно сделать из анализа соотношений, приведённых выше. [c.110]

Ниже исследуется роль поверхностной шероховатости при взаимодействии упругих тел с учётом адгезии различной природы. В качестве модели шероховатой поверхности, как и в главе 1, Используется периодическая система осесимметричных штампов. [c.111]

Расчетные методы износостойкости строятся на физических трактовках процесса изнашивания. Остановимся только на некоторых методах, подтвержденных экспериментальными данными. И. В. Крагельский [43] исходит из того, что взаимодействие поверхностей имеет двойственную молекулярно-механическую природу. Молекулярное взаимодействие обусловлено взаимным притяжением двух твердых тел, их адгезией, а механическое — взаимным внедрением элементов сжатых поверхностей. В зависимости от величины адгезии и относительной глубины внедрения будут иметь место упругое оттеснение материала пластическое оттеснение срез внедрившегося материала схватывание пленок, покрывающих поверхности твердых тел, и их разрушение схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным выравниванием материала. [c.88]

Заметим, что решение задачи об адгезии сухих поверхностей в аналогичной постановке для частного случая взаимодействия штампа в форме параболоида вращения (п = 1) с упругим полупространством получено ранее методами механики разрушения [211]. Это решение, полученное только для случая контакта поверхностей, также указывает на немонотонность и неоднозначность зависимости нагрузки от расстояния между телами. [c.101]

Соотношение (2.50) и уравнения (2.3)-(2.9), (2.14) образуют систему уравнений для определения всех контактных характеристик в случае адгезии сухих поверхностей, а совместно с уравнениями (2.3)-(2.10), (2.14) - в случае капиллярной адгезии. Эти системы уравнений допускают аналитическое решение. В частности, в случае взаимодействия тел вращения параболической формы (п = 1), т.е. когда /(г) = r , где С = 1/ 2R), получим следующие выражения для контактного давления р г), упругих смещений Uz r), радиусов а и 6 области взаимодействия, а также соотношение между силой Р и расстоянием D, справедливые как для сухой, так и для капиллярной адгезии [c.107]

Ниже приведены экспериментальные значения сил адгезии стеклянных шарообразных частиц к различным поверхностям и рассчитанные по формуле (111,41) площади контакта, с учетом упругих свойств соприкасающихся тел [c.88]

Адсорбционные слои жидкости, образующиеся на поверхности контактирующих тел, также обладают свойствами, отличными от свойств жидкости в объеме (например, большей упругостью, прочностью на сдвиг, вязкостью) Пока еще ни экспериментально, ни теоретически не установлено, каким образом влияет изменение структурно-механических свойств жидкости на адгезию однако не подлежит сомнению, что эти факторы должны сказаться не только при взаимном перемещении тел (при трении), но и при сближении и разъединении их. [c.116]

Адгезия частиц ныли, движущейся в потоке, возможна, когда Fa, >Fo p к числу СИЛ отрыва (/ отр) относятся силы, определяемые упругими свойствами контактирующих тел [c.207]

Влияние деформации контактирующих тел на их молекулярное взаимодействие. При контакте гладких частиц с гладкой поверхностью происходит деформация зоны контакта. В результате деформации контактирующих поверхностей возникают силы отталкивания. Поэтому адгезионное взаимодействие будет складываться (если другие компоненты не участвуют в формировании адгезии) из молекулярных сил контактирующих поверхностей за вычетом силы, которая возникает в результате упругого отталкивания подвергшихся деформации тел. Деформация способствует росту площади контакта частицы с поверхностью, что обусловливает увеличение адгезии. [c.56]

Суммарно адгезия частиц на деформированной поверхности равна силе молекулярного взаимодействия, определяемой по уравнению (11,70) или (11,71) и ослабленной силой отталкивания за счет упругих свойств контактирующих тел. Силу отталкивания подвергшихся деформации поверхностей можно учесть по закону Герца [c.57]

Как следует из уравнения (IX, 5), энергия прилипания движущихся частиц к поверхности зависит от радиуса площади контакта Гк, в свою очередь определяющегося упругими свойствами контактирующих тел. Для уменьшения сил адгезии частиц пыли нужно выбирать покрытия с повышенной твердостью. [c.271]

Взаимодействие поверхностей твердых тел. Площадка контакта (номинальная, контурная, фактическая), соотношения. Дискретность контакта. Напряженность контакта (упругий, упруго-пластический, пластический). Молекулярно-механическая природа трения. Роль адгезии, нагрузки (контактного давления), физико-механических свойств и времени неподвижного контакта в формировании силы трения. Понятие о трении покоя и трении движения (скольжения). Предварительное смещение. Фрикционный слой. Деформируемость фрикционного контакта и присоединенная масса. [c.96]

Все эти процессы упругопластического деформирования, молекулярного взаимодействия, тепловые, окислительные и вызываемые ими изменения физико-механических и химических свойств металлов в поверхностно-активном слое в конечном счете и определяют изнашивание трущихся поверхностей реальных деталей машин. Анализируя эти процессы, И. В. Крагельский обращает внимание на двойственную молекулярно-механическую их природу молекулярное взаимодействие обусловлено взаимным притяжением двух твердых тел, их адгезией механическое — взаи.м-ным внедрением элементов сжатых поверхностей. Он выделяет пять основных видов нарушения фрикционных связей, обусловливающих характер изнашивания (рис. 25). Упругое оттеснение материала / характеризуется отсутствием остаточных деформаций. Разрушение в зонах фактического касания и отделение частиц износа происходит лишь после многократного повторения нагружения. Пластическое оттеснение материала // характеризуется появлением остаточной (пластической) деформации. Число циклов нагружения, приводящее к разрушению основы, сравнительно мало (малоцикловая усталость). С увеличением нагрузки [c.75]

В практически важных случаях адгезии двух твердых тел работа адгезии не выражается этим соотношением из-за необратимых явлений, сопровождающих адгезионный отрыв — рассеяние энергии вследствие неупругости или остаточных де( юрмаций (течения), предшествующих адгезионному отрыву, а также вследствие перехода в тепло упругой энергии при внезапной разгрузке, сопровождающей отрыв. При адгезии пленок к различным защищаемым ими поверхностям основную роль играет электростатическая часть работы отрыва [16]. При разрыве однородных тел в ряде случаев главную роль также могут играть электрические явления. [c.84]

Как правильно указывают авторы, непосредственное определение сил адгезии затруднено наличием объемной упругости сжатых твердых тел, которые, распрямляясь при снятии нагрузки, разрушают образовавшиеся мостики сварки. [c.11]

Характер разрушения будет зависеть от глубины внедрения h, радиуса R внедряющейся неровности и величины адгезии х/а (т — прочность на срез адгезионной связи, — предел текучести материала). В зависимости от видов взаимодействия, относительной глубины внедрения h/R и величины адгезии т/От будет наблюдаться / — упругое оттеснение материала II — пластическое оттеснение материала III — срез внедрившегося материала IV — схватывание пленок, покрывающих поверхность твердых тел, и их разрушение V — схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным вырыванием материала. [c.99]

Площадь контакта (и величина адгезии) твердых тел зависит от их упругости и пластичности. Усилить адгезию можно путем активации, т е. изменением морфологии и энергетического состояния поверхности механической очисткой, очисткой с по.мощью растворов, вакуумирова-нием, воздействием электромагнитного излучения, ионной бомбардировкой, а также введением различных элементов. Например, значительная адгезия металлических пленок достигается методами электроосаждения, термического испарения, вакуумным и плазменным напылением и др. [c.93]

Шероховатость поверхностей существенно влияет на характеристики адгезионного взаимодействия. Контактирование шероховатых упругих тел при наличии капиллярной адгезии, т.е. стягивающих поверхности менисков жидкости, изучалось в [143, 210] в приближённой постановке. В этих работах не учитывалось влияние давления жидкости на геометрию зазора и взаимное влияние неровностей. [c.111]

Проведённый анализ взаимодействия упругих тел с учётом их поверхностной энергии или поверхностной энергии плёнок жидкости, покрывающих тела, показал, что зависимость нагрузки от изменения расстояния между телами является неоднозначной в случае адгезии сухих поверхностей при любых значениях определяющих параметров задачи, а в случае капиллярной адгезии -в некотором интервале их изменения. В силу этой неоднознач- [c.127]

Модель контактной задачи как системы с неудерживающими связями была предложена впервые А. Синьорини [8, 9], который исследовал равновесие линейно упругого тела в жесткой гладкой оболочке. Исследование проблемы существования и единственности решения было дано в работах Г. Стампаккья, Ж.-Л. Лионса и Г. Дюво и др. [10]. Анализ возможных форм условия непроникания выполнен в работе [11]. Здесь же даны обобщения на задачи о контакте нескольких деформируемых тел, динамические контактные задачи, задачи с учетом трения и адгезии. [c.478]

Первые современные модели поверхностей трения были созданы И.В. Крагельским (см. рис. 1.1). Они учитывали дискретность контакта, распределение выступов по высоте и упругость шероховатого слоя. Ценные теоретические и экспериментальные работы в этой области были выполнены В.А. Журавлевым, П.Е. Дьяченко, Дж.Ф. Арчардом и др. Значительные вклад в представления о фактической площади контакта внесли Н.Б. Демкин, Э.В. Рыжов, Я.И. Рудзит и др. Влияние адгезии твердых тел на фактическую площадь контакта было учтено моделью ДТМ (Б.В. Дерягина, [c.563]

Вследствие волнистости и шероховатости каждой из поверхностей касание двух твёрдых тел происходит в дискретных областях, т. н, пятнах касания [3]. Пятня касания— это элементарные площадки контакта, возникающие в результате упругих или пластич. деформаций неровностей поверхности соприкасающихся тел. Размеры пятен касания зависят от свойств контактирующих зел и условий нагружения и колеблются н пределах от 1 до 50 мкм. На пятнах касания возникают силы сцспления двух тел (адгезия, хим. связи, взаимная диффузия и др.), т. е. образуются т. н. мостики [4]. [c.164]

Прочность схватывания или адгезии двух поверхностей может быть оценена величиной растягивающих напряжений, необходимых для разрушения образовавшихся связей. Эта величина зависит для данной пары трения от площади сцепления. Поскольку между кон-тактируемыми телами действуют силы упругости даже в области пластического течения, то при снятии нагрузки может быть доста- [c.203]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...