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Solving adhesive rough contact problems with Atomic Force Microscope data

Marulli, Maria Rosaria und Bonari, Jacopo und Paggi, Marco und Pingue, Pasqualantonio (2025) Solving adhesive rough contact problems with Atomic Force Microscope data. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 445. Elsevier. doi: 10.1016/j.cma.2025.118200. ISSN 0045-7825.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045782525004724?via%3Dihub

Kurzfassung

This study presents an advanced numerical framework that integrates experimentally acquired Atomic Force Microscope (AFM) data into high-fidelity simulations for adhesive rough contact problems, bridging the gap between experimental physics and computational mechanics. The proposed approach extends the eMbedded Profile for Joint Roughness (MPJR) interface finite element method to incorporate both surface topography and spatially varying adhesion properties, imported directly from AFM measurements. The adhesion behavior is modeled using a modified Lennard-Jones potential, which is locally parameterized based on the AFM-extracted adhesion peak force and energy dissipation data. The effectiveness of this method is demonstrated through 2D and 3D finite element simulations of a heterogeneous PS-LDPE (polystyrene matrix with low-density polyethylene inclusions) sample, where the bulk elastic properties are also experimentally characterized via AFM. The results highlight the significance of accounting for both surface adhesion variability and material bulk heterogeneity in accurately predicting contact responses.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215626/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Solving adhesive rough contact problems with Atomic Force Microscope data
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Marulli, Maria Rosariamariarosaria.marulli (at) imtlucca.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bonari, Jacopojacopo.bonari (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8435-6466188947016
Paggi, Marcomarco.paggi (at) imtlucca.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pingue, Pasqualantoniopasqualantonio.pingue (at) sns.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Juli 2025
Erschienen in:Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:445
DOI:10.1016/j.cma.2025.118200
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
De Lorenzis, Laural.delorenzis (at) tu-braunschweig.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reali, Alessandroalessandro.reali (at) unipv.itNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zohdi, Tarekzohdi (at) berkeley.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0045-7825
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Contact mechanics; Roughness; Adhesion; MPJR interface finite elements; AFM data integration
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:keine Zuordnung
DLR - Forschungsgebiet:keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):keine Zuordnung
Standort: Rhein-Sieg-Kreis
Institute & Einrichtungen:Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen
Institut für den Schutz terrestrischer Infrastrukturen > Simulationsmethoden für Digitale Zwillinge
Hinterlegt von: Bonari, Jacopo
Hinterlegt am:31 Jul 2025 09:32
Letzte Änderung:31 Jul 2025 09:32

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