RAS Energy, Mechanics & ControlПрикладная математика и механика Journal of Applied Mathematics and Mechanics

  • ISSN (Print) 0032-8235
  • ISSN (Online) 3034-5758

Contact with Intermolecular Interaction Forces for a Viscoelastic Layer (Self-Consistent Approach): The Energy Balance for the System of Indenter–Layer–Substrate

PII
10.31857/S0032823524030093-1
DOI
10.31857/S0032823524030093
Publication type
Article
Status
Published
Authors
Volume/ Edition
Volume 88 / Issue number 3
Pages
456-482
Abstract
The contact of an infinitely extended plane indenter and a viscoelastic layer in the framework of the Derjaguin self-consistent approach with the surface (traditional formulation) and bulk (refined formulation) application of intermolecular interaction forces is considered. Corresponding models of the contact interaction are proposed, for which the energy balance in the indenter–layer–substrate system is derived and validated. The balance takes into account viscous energy dissipation, potential energy of elastic deformation, field energy, as well as the energy dissipated in jump of the contact gap.
Keywords
контактная задача вязкоупругий слой межмолекулярное взаимодействие диссипация энергии энергия поля
Date of publication
01.03.2024
Year of publication
2024
Number of purchasers
0
Views
24

References

  1. 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. 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. 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. 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. 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. 6. Reedy E.D. Thin-coating contact mechanics with adhesion // J. Mater. Res. 2006. V. 21. №10. P. 2660–2668.
  7. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 14. Greenwood J.A. Adhesion of elastic spheres // Proc. R. Soc. Lond. A. 1997. V. 453. №1961. P. 1277–1297.
  15. 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. 16. McMeeking R.M. A Maxwell stress for material interactions // J. Colloid Interface Sci. 1998. V. 199. №2. P. 187–196.
  17. 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. 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. 19. Солдатенков И.А. Контактная задача при объемном приложении сил межмолекулярного взаимодействия (уточненная постановка) // ПММ. 2013. Т. 77. Вып. 6. С. 877–893.
  20. 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. 21. Jagota A., Argento C. An intersurface stress tensor // J. Colloid Interface Sci. 1997. V. 191. №2. P. 326–336.
  22. 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. 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. 24. Горячева И.Г., Маховская Ю.Ю. Адгезионное взаимодействие упругих тел // ПММ. 2001. Т. 65. №2. С. 279–289.
  25. 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. 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. 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. 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. 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. 30. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985. 399 с.
  31. 31. Handbook of Micro/Nanotribology / Ed. by Bhushan B. Boca Raton: CRC Press LLC, 1999.
  32. 32. Israelachvili J.N. Intermolecular and Surface Forces. London: Academic, 2011.
  33. 33. Kaplan I.G. Intermolecular Interactions: Physical Picture, Computational Methods and Model Potentials. Chichester: Wiley, 2006.
  34. 34. Солдатенков И.А. Контактная задача при объемном приложении сил межмолекулярного взаимодействия: особенности подповерхностных напряжений // ПММ. 2016. Т. 80. №6. С. 733–745.
  35. 35. Кристенсен Р. Введение в теорию вязкоупругости. М.: Мир, 1974. 338 c.
  36. 36. Огибалов П.М., Ломакин В.А., Кишкин Б.П. Механика полимеров. М.: Изд-во МГУ, 1975. 528 с.
  37. 37. Адамов А.А., Матвеенко В.П., Труфанов Н.А., Шардаков И.Н. Методы прикладной вязкоупругости. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 411 с.
  38. 38. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. М.: Физматлит, 2003. Т. 3. 728 с.
  39. 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. 40. Johnson K.L. Mechanics of adhesion // Tribol. Int. 1998. V. 31. №8. P. 413–418.
  41. 41. Работнов Ю.Н. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука, 1977. 383 с.
  42. 42. Солдатенков И.А. К расчету деформационной составляющей силы трения для стандартного вязкоупругого основания // Трение и износ. 2008. Т. 29. №1. С. 12–21.
QR
Translate

Индексирование

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library