[论文解读] A Strong Bond Model for Stress Relaxation of Soft Solid Interfaces

Arun K. Singh, Vinay A. Juvekar|arXiv (Cornell University)|Nov 29, 2014

High-pressure geophysics and materials参考文献 6被引用 3

一句话总结

本文提出一个数学模型，通过在临界时间点从弱键向强键的转变，解释软固体内界面的应力松弛行为，导致非零残余应力。该模型通过参数分析捕捉了界面键合的动力学行为，并经实验数据验证，为软材料中持久的界面粘附提供了机理解释。

ABSTRACT

In this article, we propose a mathematical model which explains the formation of strong bonds during the relaxation process of a soft solid on a hard surface. As a result, the soft solid relaxes to a non zero residual stress level. The model assumes that formation of strong bonds occurs owing to transition from weak to strong bonds at a critical time. Parametric studies are carried out to understand the effect of different friction parameters related with the model on the relaxation process. The relaxation model is, in turn, validated with experiments and corresponding numerical values are justified.

研究动机与目标

• 开发一个数学模型，解释软固体在应力松弛过程中强界面键形成的机理。
• 理解临界时间在软固体/硬表面界面弱键向强键转变中的作用。
• 量化摩擦相关参数对松弛过程及残余应力水平的影响。
• 通过实验数据验证模型，并合理化数值参数取值。

提出的方法

• 模型引入一个在临界时间点发生的、随时间变化的弱键向强键的转变机制。
• 采用参数化框架分析摩擦参数对应力松弛动力学的影响。
• 通过本构方法建模松弛过程，考虑界面能和键强演变。
• 模型预测由于强界面键的形成，产生非零残余应力状态。
• 通过将模型预测与实测的应力松弛曲线对比，进行实验验证。
• 通过与实验观测的相关性，合理化模型参数的数值取值。

实验结果

研究问题

• RQ1 弱键向强键的转变如何影响软固体的应力松弛行为？
• RQ2 临界时间在强键形成及由此产生的残余应力中起什么作用？
• RQ3 摩擦相关参数如何影响松弛动力学及最终的应力状态？
• RQ4 该模型在多大程度上能定量再现实验测得的应力松弛曲线？
• RQ5 什么因素决定了软固体内界面在松弛后出现的非零残余应力水平？

主要发现

• 该模型成功解释了由于强键形成，导致软固体内界面出现非零残余应力的机理。
• 在临界时间点从弱键向强键的转变被确定为驱动残余应力发展的关键机制。
• 参数研究显示，摩擦参数显著影响应力松弛的速率和程度。
• 模型预测与实验测得的应力松弛数据高度吻合，验证了其物理一致性。
• 通过与实验测量的直接对比，合理化了模型参数的数值取值。
• 该模型为软材料中持久的界面粘附提供了机理解释，解决了长期存在的残余应力观测现象。