اثر زبری سطوح فرکتالی خودمتشابه بر سطح تماس حقیقی، انرژی بین مرزی موثر و چسبندگی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 فیزیک، فیزیک شیمی، الزهرا(س)، تهران، ایران

2 گروه فیزیک،دانشکده فیزیک شیمی، دانشگاه الزهرا، تهران

چکیده

انرژی بین مرزی موثر سطح و سطح تماس حقیقی برای تماس بین یک زیرلایه سخت و جامد کشسان زبر در حالتی که هر دو سطح زبر فرکتال خودمتشابه هستند، با بکارگیری تئوری مکانیک تماسی پرسون و بسط آن برای دو سطح زبر در تماس با هم تحقیق شده است. بعلاوه، اثر نماهای هارست متفاوت برای جامد کشسان و وجود تنش فشرده کننده غیر صفر در حدود 11GPa در این کار مورد بررسی قرار گرفته است. هدف ما در این پژوهش، مقایسه تفاوت و تغییرات چسبندگی و سطح تماس موثر سطوح فرکتالی خودمتشابه با سطوح فرکتالی خودمتناسب است. با حل تحلیلی معادلات و محاسبات عددی مشخص می شود که آثار مشاهده شده در سطوح فرکتالی خودمتناسب، در این حالت نیز مشاهده می شود و انرژی بین مرزی موثر،سطح تماس موثر و چسبندگی در دامنه زبری بزرگتری نسبت به سطوح فرکتالی خودمتناسب از بین می رود و با اعمال تنش فشرده کننده غیر صفر سطوح در تماس با یکدیگر باقی می مانند و افزایش زبری، سطح تماس را از بین نخواهد برد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of roughness of self-similar fractal surfaces on the real contact area, effective interfacial energy and adhesion

نویسندگان [English]

  • mansoureh Seddighi Attar 1
  • amirali masoudi 2
1 physics,faculty of physics chemistry, alzahra university,tehran,iran
2 physics,faculty of physics chemistry, alzahra university,tehran,iran
چکیده [English]

Effective interfacial energy and the real contact area for contact between a hard substrate and a rough elastic solid in the case that both rough surfaces are self-similar fractal are investigated using the Persson's theory of contact mechanics and its extension for two rough surfaces. In addition, the effect of different Hurst exponents on elastic solids and the presence of non-zero compressive stress about 11 GPa has been investigated in this paper. Our purpose in this study is to compare the difference and variations between adhesion and the effective contact area of the self-similar fractal surfaces with the self-affine fractal surfaces. By solving the equations and numerical calculations, it is determined that the observed effects on the self-affine fractal surfaces are also observed in this case, and effective interfacial energy, contact area and adhesion in a larger roughness amplitude than the self-affine fractal surfaces disappears and by applying non-zero compressive stress, the surfaces remain in contact, and increasing the roughness will not eliminate the contact surface.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adhesion
  • self-similar fractal
  • roughness
  • interfacial energy
  • correlation

[1] Y. P. Zhao, L. S. Wang and T. X. Yu,J. Adhesion Sci. Technol. 17 519(2003).
[2] J. Bico, C. Marzolin and D. Quere,Europhys. Lett. 47 220 (1999).
[3] Gui C, Elwenspoek M, Tas N and Gardeniers J G E 1999 J. Appl. Physics 85
7448.
[4] B. N. J. Persson, Phys. Rev. B71 035428(2005).
[5] M. Scherge and S. Gorb, Biological Micro and Nano Tribology, Springer,
Berlin(2001).
[6] B. N. J. Persson, S. Gorb, J. Chem. Phys.119, 11437(2003).
[7] S. Zilberman, B.N.J. Persson, to be published in Solid State Commun.
[8] B.N.J. Persson, E. Tosatti, J. Chem. Phys. 115 5597 (2001).
[9] B.N.J. Persson, Eur. Phys. J. E. 8,385-401 (2002).
[10] B.N.J. Persson, J. Chem. Phys. 115, 3840 (2001).
[11] B.N.J. Persson, F. Bucher, B. Chiaia, to be published in Phys. Rev. B 65,
184106 (2002).
[12] S. Zilberman, B. N. J. Persson, JORNAL of CHEMICAL PHYSICS,
118(2003).
[13] V. A. Yastrebova, G. Anciaux, J. F. Molinari, Int. J. Solids Srtuct.52 83 (2015).
[14] B. D. Dapp, N.Prodanov, M. H. Muser, J. Phys.: Condens. Matter, 26 355002
(2014).
[15] V. N. Samoilov, I. M. Sivebeak, B.N.J. Persson, 21 (2004).
[16] S. Hyuna, M. O. Robbins, Tribol. Int. 40 1413(2007).
[17] S. Hyun, J. F. Molinari, M. O. Robbins, Phys. Rev. E 70 026117(2004).
[18] G. Carbone, M. Scaraggi, U. Tartaglino, Eur. Phys. J. E, 30 65 (2009).
[19] M. Feshanjerdi, A. A. Masoudi, M. Khorrami, J. Stat. Mech. Theor. Exp, 02018
(2015).
[20] B. N. J. Persson, J. Phys. Condens. 18 7789(2006).
[21] H. Gao, X. Wang, H. Yao, S. Grob , E. Artz, Mech, Matter,37 275(2005).
[22] G. Palasantzas, Physical Review B, 48(19): p. 14472-14478 (1993).
[23] W. H.Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery, Numerical
recipes in FORTRAN, 2
nd
Ed(1992).