Published June 15, 2012

واشرها و دیگر درزگیرها می توانند از نشت جلوگیری کند حتی اگر سطوح مانع از نشت، بر اساس شبیه سازی های کامپیوتری، فقط 42 درصد از سطحشان در ابعاد میکروسکوپیکی در تماس باشند.

جهیدن یک نشت. درزگیری شبیه سازی شده در این شکل تنها 20 درصد سطحش در تماس با زیرلایه (نواحی خاکستری و پررنگ) قرار دارد. حتی در این حالت نیز جزیان مایع(نواحی رنگی) در طول درزبندی به طور عمده به کانالهای اندکی محدود شده است که منجر به نشت اندک نسبت به مدلهای قبلی که پیشنهاد شده، می شود.

درزگیری در همه چیز از کشتی های فضایی گرفته تا ماشین های قهوه امری حیاتی است، اما مدلهای نظری هرگز به شکل کافی، اینکه چه اتفاقی در هنگام نشت یک درز می افتد را به تسخیر خود در نیاورده اند. شیبه سازی  های کامپیوتری که در فیزیکال ریویو لیتر توصیف شده اند، تصویر واضحی را با محاسبه ی بهتر برای کشسانی مواد درزگیر فراهم کرده است. نویسندگان نتیجه گرفته اند که حتی زمانی که سطح اتصال کمتر از نصف سطح کل درزگیر باشد این درزگیرها می توانند از نشت جلوگیری کنند که این با فرضیات نظریات قبلی در تناقض است. نتایج حاصله می تواند به محققان در پیش بینی بهتر اینکه چگونه درزگیرها نسبت به عمرشان، نقش ایفا خواهند کرد، کمک کند.

مشهورترین نوع درزگیر یک حلقه ی لاستیکی است که بین دو اتصال نشسته و برای افزایش سطح تماس بین لاستیک و سطح جامد یا زیرلایه ی هر اتصالی، آنها را بهم فشرده سازد. اما حتی زمانی که اتصالات به اندازه ی کافی بهم فشرده باشند مایع یا هوا می تواند در تراشه ی فضا، جایی که درزگیر و زیرلایه همدیگر را ملاقات می کنند، نفوذ کند. این نفوذ اتفاق می افتد چون سطوح در ابعاد میکروسکوپیکی تقریبی هستند و نمی توانند تماس کامل برقرار سازند. اگر شبکه ی میکروسکوپیکی شکافها مسیری را از یک لبه ی درزگیر به لبه ی دیگر فراهم کند، آنگاه نشت اتفاق می افتد. مدل سازان تلاش کرده اند تا سهم شکافها و سطوح تماس در طول درزگیرها را تخمین بزنند. اما بیشتر این مدلها قادر به پیشگویی آهنگ نشت یا دیگر رفتارهای مشاهده شده ی درزگیرهای واقعی نشده بودند.

یکی از مشکلات اساسی در نظریات درزگیری قبلی این بوده که کشسانی درزگیر و زیرلایه محاسبه شده بود. وقتی سطوح به همدیگر فشار داده می شوند قله هایی که میزان سختی را توصیف می کنند، له می شوند. مدلهای اخیر که این تحولات کشسانی را بحساب آورده اند با مشاهدات، به شکل بسیار دقیقی، توافق دارند.[1] اما این مدلها به بعضی از فرضیات حمایت نشده درباره ی دینامیک سیالات در نواحی شکافها، مبتنی هستند. به گفته ی  Martin Müser از دانشگاه Saarland در Saarbrücken آلمان پیشگویی های این نظریه بهتر از آن چیزی است که باید باشد. برای فراهم آوردن درک واضحتر، Müser و همکارانش از شبیه سازی های کامپیوتری استفاده کردند که به آنها اجازه می دهد تا سیستم را در جزئیات بیشتری نسبت به آنچه تجربه گران می توانند اندازه بگیرند، کاوش کنند.

جهت ساده سازی مسئله محققان فرض کردند که تمامی میزان سختی روی زیرلایه باشد. آنها سطح را بعنوان یک شبه فراکتال، با قله های شبیه بهم در مقیاس های طولی مختلف، توصیف کرده اند، درست مانند توپوگرافی یک گستره ی کوهستانی که شبیه تعدادی تپه های کوچک داخل آن است. وقتی دو سطح با هم ملاقات می کنند درزگیر روی بلندترین قله له می شود که سبب ایجاد یک پیچش در سطح محیط می شود. چنانچه فشار روی درزگیر شبیه سازی شده افزایش یابد ( اتصالات فشرده می شوند) سطح، بیشتر و بیشتر با زیرلایه تماس پیدا می کند. محققان، جهت مدل سازی اینکه چگونه یک سیال شکافهای باقی مانده را پر می کند، از معادلات هیدرودینامیکی ساده استفاده کرده اند.

به شکل شگفت آوری آنها دریافتند که یک درزگیر می تواند از نشت جلوگیری بعمل آورد حتی اگر تنها 42 درصد درزگیر، زیرلایه را لمس کند. کارهای نظری پیشین فرض کرده بودند که یک درزگیر موثر به 50 درصد سطح تماس نیازمند خواهد بود چون شکل ها و اندازه های نواحی متصل بایستی سهم یکسانی برای آنچه در مورد نواحی شکاف رخ می دهد داشته باشد. با این وجود شبیه سازی های Müser و همکارانش نشان داد که با دگردیسی کشسانی، سطوح تماس تمایل به ادغام شدن در داخل نواحی متصل دارند که از این طریق به نواحی شکافهای ایزوله پایان می بخشد؛ حتی اگر آنها سطح کمتری داشته باشند. بعنوان مثال برشی از پنیر سوئیسی می تواند سطح کلی بزرگتری از حفره ها را نسبت به پنیر دارا باشد اما این حال بعنوان یک تک قطعه کنار هم نگه داشته شده است. این درزبندی شکافها به معنای یک درزگیر است که می تواند با سطح تماس کمتر از آنچه انتظار می رود، به نشت پایان دهد یا به شکل ساده یک نشت را کُند کند.

Müser معتقد است که این نتایج می تواند سرانجام راهی را که مهندسان با آن طول عمر یک درزگیر را ارزیابی می کنند تحت تاثیر قرار دهد چون درزگیرها کشسانی خود را با گذشت زمان از دست می دهند. این تیم همچنین با شرکتهای پزشکی درباره ی توسعه مدلهایی برای پیش بینی آهنگ نشت برای پنبه ی لاستیکی در سرنگ در ارتباط است.

به گفته ی Giuseppe Carbone  از دانشگاه پلی تکنیک باری در ایتالیا این کار گام مهمی را بسمت درک بهتر رفتار مکانیکی درزگیرها فراهم می کند. وی معتقد است یک نظریه کامل حتی در آینده دور از دسترس است چون حتی در بهترین مدلهای جاری بایستی بعضی پارامترها جهت اطمینان از موافقت با آزمایشات تنظیم شوند. اما بنظر وی این شبیه سازی های جدید نظریه پردازان را از راههای خطا آگاه خواهد ساخت.