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名义平坦粗糙表面在谐波变化荷载作用下的摩擦能量耗散
名义平坦粗糙表面在谐波变化荷载作用下的摩擦能量耗散原创研究文章
固体力学与物理学报，2011年10月1日在线发布。
C. Putignano, M. Ciavarella, J.R. Barber视图抽象
如果在整个振荡加载周期中，界面上的名义接触牵引力处处低于库仑摩擦极限，则表面粗糙度的引入通常会在接触颗粒之间引起局部微滑移，从而产生一定的摩擦耗散。这种耗散作为结构阻尼的来源和潜在微动损伤的指标都很重要。在这里，我们使用一种基于Ciavarella-Jäger叠加的策略和振荡载荷下两个半空间接触一般问题的最新解来推导每个周期耗散的表达式，该表达式仅依赖于接触的法向增量刚度，外力和局部摩擦系数。结果表明，在法向载荷和切向载荷下，耗散很大程度上取决于振荡之间的相对相位，而这一因素在以前的研究中基本上被忽略了。特别是，对于给定的负载幅值，当负载非相时，耗散明显更大。我们还确定，对于小振幅，耗散随载荷振幅的立方而变化，并与所有接触几何形状的弹性柔度函数的二阶导数成线性比例，包括那些涉及表面粗糙度的几何形状。由此可见，对载荷振幅的小于三次依赖性的实验观察结果不能仅用粗糙度来解释，也不能用半空间接触中的任何其他几何效应来解释。
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10月18日吉姆·巴伯在加州理工学院的研讨会上也发表了演讲
2011年10月18日，星期二上午十一点。
詹姆斯·r·巴伯，密歇根大学安娜堡分校
粗糙度，分形，接触和摩擦
粗糙表面的多尺度特征导致宏观物理量之间的近似线性关系，如法向力、电接触电导、摩擦力等，即使这些物理量之间的微尺度关系是高度非线性的。在精细尺度上，表面通常是准分形的，在这种情况下，最好通过考虑(例如)高频截止点稍微延长时接触压力的统计分布的增量变化，然后使用归纳论点来解决所产生的接触问题。宏观尺度现象的参数通常由分形的偏差决定，或者由控制物理定律(如本构方程)中出现的长度尺度决定。一些重要的量，包括增量刚度和电接触电阻，是由功率谱密度的粗尺度“滚降”决定的，然后可以使用相对简单的数值模型建立严格的界限。相比之下，尽管多尺度理论为库仑摩擦定律提供了一个合理的“解释”，但摩擦系数是在精细尺度上确定的
因此很难预测。
如果两个一致的物体名义上是静态接触，但受到振动，“微滑移”将发生在一些接触的凸点之间，导致微动疲劳和滞后阻尼。利用Ciavarella和J¨ager的弹性接触问题的一般结果的推广，单位标称面积的能量耗散可以与切向接触刚度相关。由于该刚度是在粗尺度上确定的，因此没有必要研究细尺度微滑移过程的形貌。一般的正弦加载周期表明，当法向力和切向力的振荡彼此不相同时，能量耗散(以及潜在的微动损伤)明显更高。
但谜团依然存在!有什么建议吗?
虽然谐波载荷(法向和切向)下半空间接触问题的解析解大大简化了Mindlin解，但结果也是负的。
事实上，我们还发现，包括粗糙度或任何其他几何效应在内的任何半空间几何，而不仅仅是约翰逊在1961年研究的赫兹几何，都会显示出能量耗散对切向载荷振幅的三次依赖性(即使在正常载荷变化的情况下)，因此证明所有实验中所见的非三次依赖性的“挑战”(幂律通常在2到3之间)在该模型中无法证明。
因此，这个最初由约翰逊在1961年注意到，后来被其他人观察到但从未解释过的谜团仍然是....给朝气蓬勃的年轻人思考的空间!
约翰逊,提供,1961年。在接触的球面上传递振荡力的能量耗散。j .机械工程。eng.sci.3,362 - 368。