Трио различных волн управляет поведением "прерывистое скольжение", которое способствует износу и рассеиванию энергии в деталях конструкции.«Когда два мягких объекта скользят друг относительно друга с одинаковой скоростью, интерфейс обычно перемещается серией резких движений», — сказал научный сотрудник Университета Пердью Кушик Вишванатан. «Наши новые открытия показывают, что эти резкие движения вызываются тремя отдельными медленно движущимися волнами, имеющими прямые аналоги в природе в передвижениях червей».Ученые уже идентифицировали один тип скачкообразного движения в мягких адгезионных материалах, вызванный движущимися волнами, который называется волнами Шалламаха.
Однако результаты показывают возникновение двух новых волн прилипания-проскальзывания, называемых импульсами разделения и импульсами скольжения.Результаты были подробно описаны в исследовательской статье, опубликованной 27 апреля в журнале Soft Matter, опубликованном Королевским химическим обществом. Автор статьи — Вишванатан; Профессор промышленной инженерии Purdue Шринивасан Чандрасекар; и Нараян К. Сундарам, доцент кафедры гражданского строительства Индийского института науки.Исследователи обнаружили, что когда два тела скользят, волны Шалламаха и импульсы скольжения распространяются в том же направлении, что и скольжение, а разделяющие импульсы распространяются в противоположном направлении, что было неожиданным открытием.
Понимание этого поведения не является строго вопросом фундаментальной науки, но представляет практический интерес для инженеров, стремящихся снизить трение и износ движущихся частей.«Поскольку прерывистое движение способствует износу, шуму и рассеиванию энергии, этого следует избегать», — сказал Вишванатан. «Интересно то, что мы обнаружили, что эти три волновых движения — именно те, которые используются различными насекомыми в природе для передвижения».Например, в то время как гусеница движется с использованием волн Шалламаха, движение дождевого червя основано на импульсах разделения, а червь использует импульсы скольжения.
«Наблюдаемые волновые движения были странными, потому что можно было ожидать, что все волны будут двигаться в одном направлении относительно скольжения», — сказал Чандрасекар. «Но аналогия с передвижением насекомых проясняет, почему это происходит. Фактически, похожая картина была предложена физиком и металлургом Эгоном Орованом почти 75 лет назад в совершенно другом контексте, а именно в происхождении того, как деформируются металлы».Эксперименты с использованием прозрачного стеклянного цилиндра, движущегося по мягкому полимерному материалу, позволили зафиксировать волны и связанные с ними резкие движения в режиме реального времени с высоким разрешением.
Исследователи использовали высокоскоростную камеру, чтобы сделать подробные микроскопические изображения скольжения, которые помогли зафиксировать движения и внутренние напряжения. Резкие движения, сопровождающие волны, выявлялись путем отслеживания движения границы раздела.
Данные, записанные с помощью высокочастотного датчика силы, использовались для точного документирования признаков рывков каждого из трех режимов прерывистого скольжения.«Наша экспериментальная конфигурация нова в том, что она позволяет создавать и наблюдать все три волны в одной и той же установке, изменяя только два параметра, и является ключом к раскрытию физики прерывистого скольжения на микрометровых и миллиметровых масштабах длины», — сказал Сундарам. сказал. «Наши результаты убедительно свидетельствуют о том, что существует только эти три режима прерывистого скольжения и не более».
Фильмы, показывающие это поведение, доступны по адресу https://www.youtube.com/watch?v=XNnYf02CM7c, https://www.youtube.com/watch?v=E83ZGwE3qpw, https://www.youtube.com/watch. ? v = k8UaalAkNXM, https://www.youtube.com/watch?v=db6J3qM8Hns.Текущая работа включает в себя попытки разработать математическую теорию, описывающую три движения прерывистого скольжения.
Это исследование было частично поддержано Исследовательским бюро армии США (награда W911NF-15-1-0591) и Национальным научным фондом (награда CMMI 1363524).