УДК 531/534, 53.08

DOI 10.24411/1683-805X-2020-16005

 

Проведено моделирование индентирования жесткого индентора с неоднородно распределенной поверхностной энергией в упругое полупространство. Показано, что вид распределения энергии влияет критическим образом на контактные свойства. Путем усреднения большого количества реализаций случайных распределений поверхностной энергии рассчитаны зависимости средних значений упругой силы и радиуса контакта от глубины индентирования. Получены и проанализированы трехмерные плотности вероятностей указанных величин. Проведен реальный эксперимент по индентированию стального индентора с химически неоднородными свойствами поверхности в лист упругой прозрачной резины. В эксперименте исследуется эволюция контактной силы и геометрической формы контакта. Показано, что в фазе индентирования распределение поверхностной энергии практически не оказывает влияния на контактные свойства. В фазе отрыва вид распределения энергии при заданном сценарии нагружения существенно определяет поведение системы. Получено качественное совпадение результатов моделирования и эксперимента.

Ключевые слова: адгезия, метод редукции размерности, гистерезис, поверхностная энергия, индентирование, эластомер

 

Influence of inhomogeneous distribution of surface energy on the adhesive properties of contacts: Modeling and experiment

Modeling of the indentation of a rigid indenter with inhomogeneously distributed surface energy into an elastic half-space is carried out. The character of energy distribution is shown to have a critical influence on the contact properties. By averaging a large number of realizations of random distributions of surface energy, the dependences of the average values of the normal force and the contact radius on the indentation depth are calculated. Three-dimensional probability densities of the indicated quantities are obtained and analyzed. In experiment, a steel indenter with chemically inhomogeneous surface properties was indented into a sheet of elastic transparent rubber. Recorded were both the contact force and the geometric configuration of the contact area. It is shown that, in the indentation phase, the surface energy distribution has practically no effect on the contact properties. In the separation phase, the character of energy distribution for a given loading scenario significantly determines the behavior of the system. Experimental results are in qualitative agreement with simulations.

Keywords: adhesion, method of dimensionality reduction, hysteresis, surface energy, indentation, elastomer

 

 

Я.А. Ляшенко, В.Л. Попов  Влияние неоднородного распределения поверхностной энергии на адгезионные свойства контакта: моделирование и эксперимент // Физ. мезомех. - 2020. - Т. 23. - № 6. - С. 72-90