Метод вычисления поверхностной энергии и энергии адгезии упругих тел
Автор: Фроленкова Лариса Юрьевна, Шоркин Владимир Сергеевич
Статья в выпуске: 1, 2013 года.
Бесплатный доступ
Существует ряд задач, для успешного решения которых необходимо знать поверхностную энергию, энергию и силы адгезии и когезии. Примером является задача о расслоении композитов. В выражение энергетического критерия прочности входит суммарная поверхностная энергия контактирующих элементов или энергия адгезии. Эти величины определить методами классической теории упругости невозможно. Силовые критерии прочности используют значения предельных напряжений – сил адгезии и когезии. Обычно их определяют экспериментально, что не всегда возможно или экономически невыгодно. В работе предложен метод расчета поверхностной энергии и энергии адгезии упругих тел, находящихся в состоянии адгезии. Учтено следующее. Распределенная по границе тела суммарная поверхностная энергия равна распределенному по его объему изменению свободной энергии, произошедшему при образовании границы. При адгезии двух тел вдоль поверхности контакта формируется переходный слой. В нем физические и термодинамические свойства одного тела непрерывно переходят в свойства другого тела. Метод базируется на варианте градиентной модели сплошной упругой среды. В ее основе лежит предположение о многочастичном потенциальном нелокальном взаимодействии бесконечно малых частиц, составляющих среду. Дополнительные к классическим характеристики упругого состояния вычисляются с помощью дифференцирования известного выражения объемной плотности распределения свободной энергии. Оно строится на основании дополнительных гипотез о составе среды: упругая часть, фононный и электронный (для металлов) газы.
Адгезия, термоупругость, нелокальное многочастичное взаимодействие, градиентная среда, поверхностная энергия, энергия адгезии, переходный слой, аdhesion
Короткий адрес: https://sciup.org/146211461
IDR: 146211461 | УДК: 539.3
Method of calculating the surface and adhesion energies of elastic bodies
There are a number of problems for successful solutions to be aware of the surface energy, the energy and the force of adhesion and cohesion. An example is that of the bundle composites. The expression of the energy strength criterion is the total surface energy of the contacting elements or energy of adhesion. These values are determined by methods of the classical theory of elasticity is impossible. Power strength criteria using the limit values of powers – forces of adhesion and cohesion. They are usually determined experimentally, it is not always possible or economically unprofitable. The authors proposed a method for calculating the surface and adhesion energies of elastic bodies in a state of adhesion. It was considered by the authors as follows. Distributed over the boundary of the total surface energy is distributed over its volume free energy change occurring during the formation of the border. The adhesion of the two bodies along the contact surface is formed by a transition layer. In its physical and thermodynamic properties of one body continuously into the properties of another body. The method is based on a variant of the gradient model of continuous elastic medium. It is based on the assumption of many-potential nonlocal interaction infinitely small particles that make up the environment. More to the classic characteristics of the elastic state is calculated by differentiating the known expression bulk density of free energy. It is built on the basis of additional assumptions about the composition of the medium: the elastic part, the phonon and electron (for metals) gases.
