El desgaste de la superficie describe el proceso de pérdida de material cuando dos superficies entran en contacto entre sí. Tiene importantes consecuencias económicas, sociales y para la salud; solo piense en las partículas finas emitidas por los vehículos en movimiento. Además, se puede observar enTodos los niveles, desde la nanoescala hasta la escala de fallas tectónicas, con la formación de gubias. Hay varios mecanismos de desgaste, pero el tipo de adhesivo es el más común. Se produce cuando dos superficies, como dos piezas del mismo metal- frotar uno contra el otro y adherirse
Uno de los parámetros que influyen en el mecanismo de desgaste es la rugosidad de la superficie. Una mejor comprensión de cómo cambia la rugosidad de la superficie durante el proceso de desgaste mejoraría nuestro control sobre este mecanismo. Esto podría conducir a reducciones significativas en el consumo de energía, las emisiones de gases de efecto invernadero y los costos.
Los investigadores del Laboratorio de Mecánica de Sólidos Computacionales LSMS de EPFL han dado un paso importante en esta dirección. Han simulado digitalmente cómo cambia la rugosidad de la superficie con el tiempo, y sus resultados están en línea con los resultados experimentales. Lo que distingue sus simulaciones es su duración: utilizando un método desarrollado en EPFL, los investigadores de LSMS pudieron simular estos mecanismos durante un período prolongado de tiempo. En otras palabras, lograron capturar todo el proceso, desde la geometría inicial hasta la geometría fractal final. Sus hallazgos fueronpublicado el 8 de marzo en Comunicaciones de la naturaleza .
Este estudio es el tercero de los investigadores de LSMS en el uso de adhesivos. Su primer estudio, publicado en 2016 en Comunicaciones de la naturaleza - usó simulaciones digitales para describir cómo el proceso de desgaste del adhesivo produjo partículas finas. En 2017, llevando sus simulaciones más allá, salieron con un segundo estudio, que apareció esta vez en Proceedings of the National Academy of Science, demostrando quefue posible predecir el volumen, la forma y el tamaño de estas partículas.
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Los científicos aún están lejos de comprender completamente la física subyacente al desgaste, y los ingenieros aún deben llevar a cabo experimentos ad hoc para cada situación. Sin embargo, lo que se sabe es que las superficies desgastadas muestran una morfología fractal característica, llamada auto-afín, que tienealgunas propiedades fundamentales independientemente del material y la escala. Los orígenes de esta morfología auto-afín todavía se desconocen.
Se ha realizado poco trabajo sobre cómo cambia la rugosidad de la superficie con el tiempo, y ha sido principalmente experimental. Una limitación de los experimentos es que, debido a los escombros que se forman, no es fácil controlar cómo cambia la morfología de la superficie durante el frotamientoLos investigadores superaron este problema a través de sus simulaciones digitales, que proporcionan un flujo constante de datos.
Potentes simulaciones digitales
"Utilizamos simulaciones de computadora de alto rendimiento para rastrear el cambio en la morfología de la superficie en materiales 2D", dice Enrico Milanese, un estudiante de doctorado en el LSMS. "En nuestras simulaciones, observamos que el contacto entre dos superficies siempre genera residuos de desgastepartícula. Esa partícula se ve obligada a rodar entre las dos superficies, desgastándolas. Esto nos llevó a concluir que los restos de desgaste deben estar presentes para que las superficies desarrollen su característica rugosidad autoafinada ".
En el futuro, los investigadores de LSMS esperan explorar los orígenes del desgaste del adhesivo aplicando su enfoque de simulación a modelos 3D de materiales que son de interés para la industria.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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