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攥得紧就一定拿得牢吗 科学答案来了

2021-04-08 10:27 科技日报

3月31日,科技日报记者从中国科学技术大学获悉,该校工程科学学院郑志军研究组发现物体表面粗糙度可以改变接触界面的强度和吸附模式,并揭示了界面增强—减弱和吸附模式转变的力学机理。相关研究成果日前发表在《固体力学与物理杂志》上。

在微纳米尺度下,材料的表面形貌和表面相互作用极大地影响了材料的吸附接触行为,发展吸附接触力学理论对生物力学、微纳米机电和原子力显微镜等众多领域都具有重要的基础意义。自然界中许多现象与粗糙表面吸附接触问题密切相关,如昆虫吸附在物体表面、壁虎在墙壁上行走等。理想光滑表面并不存在,实际表面都是粗糙的,表面粗糙度对材料吸附行为的影响存在着持久性争议,力学机理尚不明晰。

针对上述问题,研究团队通过建立粗糙表面变形与相互作用的自洽方程,发展了完全自洽模型。在编制的计算程序中,从根本上解决吸附自洽方程中积分项所存在奇异性问题的同时,采用弧长控制法、自适应网格和牛顿迭代法等技术解决了数值求解的困难,获得了高精度的数值计算结果。

研究人员发现,随着粗糙度的增加,界面强度先增大后减小,吸附模式从简单接触转变为多点接触。研究人员进而建立了吸附模式分区图,给出了界面增强—减弱的临界粗糙度,并揭示了吸附增强-减弱的力学机理。当表面粗糙度较小时,在拔出过程中接触区内出现起伏状压强分布,使得拔出力增大;而当表面粗糙度较大时,由于粘着应力存在上限,在拔出过程中局部界面出现空化,形成吸附屏蔽区,使得拔出力减小。

责任编辑:蔡健雅(QZ0020)

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