粗糙表面的接触刚度

基于截断分析的多尺度曲面接触刚度

在这部简洁的作品中为进一步认识表面结构在接触力学中的作用提供了一种有效的方法。法向接触刚度与曲面的分形维数和幅值有关。

相关工作:

表面结构在法向接触刚度中的作用

摘要

本文研究了受刚性平面压缩的分形粗糙表面的接触刚度。针对利用表面轮廓学收集的统计和分形描述符生成的模拟层次表面，提出了一种基于平冲压痕分析的数值模型。在增大法向载荷作用下，接触面的接触刚度是根据不同高度处的总截面积来确定的。结果与四种处理过的粗糙表面的纳米压痕实验数据进行了比较，在一定截断深度下与实验结果吻合较好。此外，重点讨论了模型有效性的局限性，包括表面几何形状和接触颗粒的变形。利用这种截断方法，我们提出了一种参数分析来建立接触刚度和表面粗糙度描述符之间的相关性。对于具有不同粗糙描述符的模拟表面，接触刚度在大范围内相对于施加的载荷表现出统一的幂律标度。幂律关系的指数与分形维数呈正相关，而其振幅与表面粗糙度振幅呈负相关。该研究提供了一种易于实现且计算效率高的方法，将力学行为与多尺度表面结构联系起来，可用于涉及粗糙接触的工程应用的设计和优化。

粗糙表面的法向接触刚度