La ecuación de desgaste de Archard es un modelo simple que se utiliza para describir el desgaste por deslizamiento y se basa en la teoría del contacto de aspereza . La ecuación de Archard se desarrolló mucho más tarde que la hipótesis de Reye (a veces también conocida como hipótesis de disipación de energía ), aunque ambos llegaron a las mismas conclusiones físicas , que el volumen de los escombros eliminados debido al desgaste es proporcional al trabajo realizado por fricción efectivo. El modelo de Theodor Reye [1] [2] se hizo popular en Europa y todavía se enseña en los cursos universitarios demecánica aplicada . [3] Sin embargo, hasta hace poco tiempo, la teoría de Reye de 1860 ha sido totalmente ignorada en la literatura inglesa y estadounidense [3], donde se suelen citar trabajos posteriores de Ragnar Holm [4] [5] [6] y John Frederick Archard . [7] En 1960, Mikhail Mikhailovich Khrushchov y Mikhail Alekseevich Babichev también publicaron un modelo similar . [8] En la literatura moderna, la relación también se conoce como ley de desgaste de Reye-Archard-Khrushchov .
Ecuación
donde: [9]
- Q es el volumen total de residuos de desgaste producidos
- K es una constante adimensional
- W es la carga normal total
- L es la distancia de deslizamiento
- H es la dureza de las superficies de contacto más blandas
Tenga en cuenta que es proporcional al trabajo realizado por las fuerzas de fricción descritas por la hipótesis de Reye.
Además, K se obtiene a partir de resultados experimentales y depende de varios parámetros. Entre ellos se encuentran la calidad de la superficie, la afinidad química entre el material de dos superficies, el proceso de dureza de la superficie y otros.
Derivación
La ecuación se puede derivar examinando primero el comportamiento de una sola aspereza.
La carga local , apoyado por una aspereza, se supone que tiene una sección transversal circular con un radio , es: [10]
donde P es la presión de fluencia para la aspereza, que se supone que se deforma plásticamente. P estará cerca de la dureza de la indentación , H , de la aspereza.
Si el volumen de residuos de desgaste, , para una aspereza particular es un hemisferio cortado de la aspereza, se sigue que:
Este fragmento está formado por el material que se ha deslizado una distancia 2 a
Por eso, , el volumen de desgaste del material producido a partir de esta aspereza por unidad de distancia recorrida es:
- haciendo la aproximación que
Sin embargo, no se habrá eliminado material de todas las asperezas al deslizar la distancia 2 a . Por lo tanto, los residuos de desgaste total producidos por unidad de distancia movida,será menor que la relación de W a 3H . Esto se explica por la adición de una constante adimensional K , que también incorpora el factor 3 anterior. Estas operaciones producen la ecuación de Archard como se indica arriba. Archard interpretó el factor K como una probabilidad de formar restos de desgaste a partir de encuentros de aspereza. [11] Típicamente para desgaste 'leve', K ≈ 10 −8 , mientras que para desgaste 'severo', K ≈ 10 −2 . Recientemente, [12] se ha demostrado que existe una escala de longitud crítica que controla la formación de residuos de desgaste en el nivel de aspereza. Esta escala de longitud define un tamaño de unión crítico, donde las uniones más grandes producen escombros, mientras que las más pequeñas se deforman plásticamente.
Ver también
- Química de los adhesivos sensibles a la presión : ciencia química asociada con los adhesivos sensibles a la presión
Referencias
- ↑ Reye, Karl Theodor (1860) [8 de noviembre de 1859]. Bornemann, KR (ed.). "Zur Theorie der Zapfenreibung" [Sobre la teoría de la fricción del pivote]. Der Civilingenieur - Zeitschrift für das Ingenieurwesen . Neue Folge (NF) (en alemán). 6 : 235-255 . Consultado el 25 de mayo de 2018 . [1]
- ^ Rühlmann, Moritz (1979) [1885]. Manegold, Karl-Heinz; Treue, Wilhelm (eds.). Vorträge über Geschichte der Technischen Mechanik und Theoretischen Maschinenlehre sowie der damit im Zusammenhang stehenden mathischen Wissenschaften, Teil 1 . Documenta Technica - Darstellungen und Quellen zur Technikgeschichte . Reihe I. - Darstellungen zur Technikgeschichte (en alemán) (reimpresión de 1885 ed.). Hildesheim / Nueva York: Georg Olms Verlag (originalmente de Buchhandlung de Baumgärtner, Leipzig). pag. 535. ISBN 978-3-48741119-4. Consultado el 20 de mayo de 2018 .(Nota: Según esta fuente, Theodor Reye era politécnico en Zúrich en 1860, pero más tarde se convirtió en profesor en Straßburg).
- ^ a b Villaggio, Piero (mayo de 2001). "Desgaste de un bloque elástico". Meccanica . 36 (3): 243–249. doi : 10.1023 / A: 1013986416527 . S2CID 117619127 . [2]
- ^ Holm, Ragnar (1946). Contactos eléctricos . Estocolmo: H. Gerber.
- ^ Holm, Ragnar ; Holm, Else (1958). Manual de contactos eléctricos (tercera edición completamente reescrita). Berlín / Göttingen / Heidelberg, Alemania: Springer-Verlag . ISBN 978-3-66223790-8. [3] (NB. Una reescritura y traducción del anterior " Die technische Physik der elektrischen Kontakte " (1941) en idioma alemán, que está disponible como reimpresión en ISBN 978-3-662-42222-9 .)
- ^ Holm, Ragnar ; Holm, Else (29 de junio de 2013) [1967]. Williamson, JBP (ed.). Contactos eléctricos: teoría y aplicación (reimpresión de la cuarta edición revisada). Springer Science & Business Media . ISBN 978-3-540-03875-7.(NB. Una reescritura del " Manual de contactos eléctricos " anterior .)
- ^ Ponter, Alan RS (9 de septiembre de 2013). "Re: ¿Es la ley de desgaste realmente la ley de Archard (1953) o la ley de Reye (1860)?" . Archivado desde el original el 28 de mayo de 2018 . Consultado el 28 de mayo de 2018 .
Jack fue lector en Leicester hasta que se jubiló a principios de la década de 1980 y dirigió un exitoso programa de investigación en tribología experimental. Fue muy meticuloso y dudo mucho que hubiera oído hablar del trabajo de Reye, sobre todo porque no estaba publicado en inglés. Es bastante común que las ideas aparezcan de forma independiente en diferentes países a lo largo del tiempo.
- ^ Хрущов [Khrushchov], Михаил Михайлович [Mikhail Mikhailovich] ; Бабичев [Babichev], Михаил Алексейевич [Mikhail Alekseevich] (1960), Issledovaniya iznashivaniya metallov Исследования изнашивания металлов[ Investigación del desgaste de metales ] (en ruso), Moscú: Izd-vo AN SSSR (academia rusa de ciencias)
- ^ Archard, John Frederick (1953). "Contacto y Frotamiento de Superficie Plana". Revista de Física Aplicada . 24 (8): 981–988. Código bibliográfico : 1953JAP .... 24..981A . doi : 10.1063 / 1.1721448 .
- ^ "DoITPoMS - TLP Library Tribology - la fricción y el desgaste de los materiales. - Derivación de la ecuación de Archard" . www.doitpoms.ac.uk . Consultado el 14 de junio de 2020 .
- ^ Archard, John Frederick ; Hirst, Wallace (2 de agosto de 1956). "El desgaste de los metales en condiciones no lubricadas". Actas de la Royal Society . A-236 (1206): 397–410. Código bibliográfico : 1956RSPSA.236..397A . doi : 10.1098 / rspa.1956.0144 . S2CID 135672142 .
- ^ Aghababaei, Ramin; Warner, Derek H .; Molinari, Jean-Francois (6 de junio de 2016). "La escala de longitud crítica controla los mecanismos de desgaste del adhesivo" . Comunicaciones de la naturaleza . 7 : 11816. Bibcode : 2016NatCo ... 711816A . doi : 10.1038 / ncomms11816 . PMC 4897754 . PMID 27264270 .
Otras lecturas
- Peterson, Marshall B .; Winer, Ward O. (1980). Manual de control de desgaste . Nueva York: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME).
- Tecnología de fricción, lubricación y desgaste . Manual de MAPE. 1992. ISBN 978-0-87170-380-4.
- Panetti, Modesto (1954) [1947]. Meccanica Applicata (en italiano). Torino: Levrotto y Bella.
- Funaioli, Ettore (1973). Corso di meccanica Applicata alle macchine (en italiano). I (3ª ed.). Bolonia: Patrona.
- Funaioli, Ettore; Mayor, Alberto; Meneghetti, Umberto (octubre de 2006) [2005]. Lezioni di meccanica Applicata alle macchine (en italiano). Yo . Bolonia: Patrona. ISBN 978-8855528290.
- Ferraresi, Carlo; Raparelli, Terenziano (1997). Meccanica Applicata (en italiano) (CLUT ed.). Torino.
- Opatowski, Izaak (septiembre de 1942). "Una teoría de los frenos, un ejemplo de un estudio teórico del desgaste". Revista del Instituto Franklin . 234 (3): 239–249. doi : 10.1016 / S0016-0032 (42) 91082-2 .
- https://patents.google.com/patent/DE102005060024A1/de (menciona el término "Reye-Hypothese")