Por primera vez, los investigadores han simulado el proceso de creación de rugosidad de la superficie: un paso adelante en la comprensión de la aparición de características fractales de las superficies rugosas en muchas escalas que van desde escalas atómicas a geológicas, y tal vez un paso adelante en la predicción de terremotos.
La topografía del mundo se ve igual si la miras desde el punto de vista de una colina o bajo los ojos de un microscopio. Una cadena montañosa a escala geológica es bastante idéntica a las características de rugosidad de un objeto de metal sólido a escala nanométrica.Esta similitud se destacó por primera vez en 1983 por el matemático Benoit Mandelbrot.
Desde entonces se ha demostrado que todas las superficies fracturadas comparten una característica similar, conocida como autoafinidad fractal. Esta característica única a menudo se atribuye a la física de la propagación de grietas a través de materiales sólidos que, hasta ahora, ha demostradonotoriamente difícil de modelar.
"Esta es la primera vez que hemos podido reproducir la autoafinidad de las superficies deslizantes mediante simulaciones por computadora. Nuestras simulaciones ilustran claramente cómo la propagación de grietas subsuperficiales y el desgaste de la superficie genera una rugosidad casi idéntica en múltiples escalas, independientemente del estado de rugosidad inicial,"dice Ramin Aghababaei, Profesor Asistente en el Departamento de Ingeniería, Universidad de Aarhus.
El estudio muestra que el desarrollo de la morfología autofinosa se debe a los mecanismos de suavizado y reajuste a través de la propagación de grietas subsuperficiales y la configuración del tercer cuerpo, y los nuevos hallazgos se han publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
La técnica numérica, que fue el trampolín para este trabajo, fue desarrollada por Ramin Aghababaei en colaboración con científicos de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne EPFL, Suiza y la Universidad de Cornell, EE. UU.
"Comencé a trabajar en este tema hace tres años cuando estaba en la EPFL y trabajé en el Laboratorio de Mecánica de Sólidos Computacionales del Prof. Jean-Francois Molinari. El estudio actual fue posible gracias al gran esfuerzo del estudiante de doctorado EnricoMilanese, autor principal del artículo, que utilizó la técnica desarrollada y realizó simulaciones a gran escala para rastrear la evolución de la rugosidad de las superficies deslizándose una contra la otra ", explica el profesor asistente Aghababaei.
El objetivo principal del proyecto actual era modelar el proceso de creación de rugosidad, pero las perspectivas de sus hallazgos son de largo alcance. Controlar la rugosidad de la superficie es esencial para el rendimiento y la durabilidad de prácticamente todas las aplicaciones de ingeniería. Por ejemplo, esto es degran interés para las industrias manufactureras para predecir y controlar el acabado de la superficie de los componentes mecanizados de acuerdo con las tolerancias objetivo.
"En este estudio, investigamos el mecanismo de creación de asperezas, y proponemos que tiene que ver con la propagación de grietas subsuperficiales y la eliminación de material a diferentes escalas. Una grieta nunca se vuelve recta. Se retuerce y se enrosca como un rayo que se curvael aire. Y cuando te acercas, esa misma ondulación se auto-replica en escalas más pequeñas. En otras palabras, la vía de propagación de grietas dicta la naturaleza auto-afinada de las superficies rugosas en todas las escalas ", dice Ramin Aghababaei y lo combina con lo natural.rugosidad de la falla a escala geológica.
"La humanidad todavía no sabe por qué ocurren los terremotos, pero creemos que es una cuestión de propagación microscópica de grietas en el subsuelo de la tierra, enviando ondas sísmicas que hacen temblar el suelo. Y si podemos entender el mecanismo de inicio de la grieta poranálisis post-factum de rugosidad de fallas, esperamos poder predecir algo ", agrega.
Ramin Aghababaei, quien lidera el Grupo de Mecánica de Superficie en el Departamento de Ingeniería, Universidad de Aarhus, actualmente está colaborando con los geólogos para utilizar este conocimiento para comprender los orígenes microscópicos de los terremotos.
"Estoy realmente orgulloso de este trabajo y de una gran colaboración con el equipo de EPFL en este proyecto. Creo que esta nueva técnica abre muchas posibilidades nuevas para explorar la micromecánica de la degradación y falla de la superficie, para sentar las bases teóricas para el desarrollo de la próxima generaciónde materiales y revestimientos resistentes al desgaste, con la esperanza de reducir el desperdicio de material debido al desgaste ", dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Aarhus . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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