Friction Force During Lubricated Steady Sliding of a Rigid Cylinder on a Viscoelastic Substrate
Friction Force During Lubricated Steady Sliding of a Rigid Cylinder on a Viscoelastic Substrate
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刚性圆柱体在粘弹性基底上润滑稳定滑动时的摩擦力
DOI：
10.1007/s11249-020-01396-5
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发表时间：
2021
影响因子：
3.2
通讯作者：
Khripin, Constantine
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hui, Chung-Yuen;Wu, Haibin;Jagota, Anand;Khripin, Constantine
研究了等粘弹流润滑(VEHL)条件下刚性圆柱形压头与粘弹性衬底在润滑滑动过程中的摩擦力。衬底由基础模型表示。解由三个无量纲参数控制。第一个参数λ测量压头相对于粘弹性松弛时间移动一个接触区的时间；第二个参数是基材的长时间与短时间柔度的比率；第三个参数β是平均流体流速与滑动速度的比率。虽然我们的解决方案在所有参数范围内都能很好地工作，但我们关注的是“赫兹”区域(β>；>；1)，在该区域，接触区域中的几乎所有流体都被挤出。这种情况在软接触润滑问题中很常见，并且存在很大的数值困难。我们的分析洞察了为什么会出现这些数字上的困难。摩擦力可以分解为两部分，一部分是由粘弹性耗散引起的，另一部分是由流体力学引起的。虽然这两者一般是耦合的，但在赫兹极限下，一个重要的结果是摩擦力的粘弹性部分可以很好地用相应的无润滑流体层的“干”滑动问题的解来近似。这提供了一种将摩擦力的流体动力部分与衬底的粘弹性分离的简单方法。研究了控制无量纲参数对动水压力和油膜厚度的影响。这些关系的标度律以封闭的形式给出。
We study the friction force during lubricated sliding of a rigid cylindrical indenter against a viscoelastic substrate in the iso-viscous visco-elasto-hydrodynamic lubrication (VEHL) regime. The substrate is represented by a foundation model. The solution is controlled by three dimensionless parameters. The first of these,λ,measures the time for the indenter to move one contact zone relative to the viscoelastic relaxation time; the second is the ratio of the long time to short time compliance of the substrate,; the third parameter,β, is the ratio of average fluid flow rate to the sliding velocity. Although our solution works well for the full range of parameters, we focus on the “Hertz” regime (β>>1) where practically all the fluid in the contact region is squeezed out. This regime is quite common in soft contact lubrication problems and presents significant numerical difficulties. Our analysis gives insight into why these numerical difficulties arise. The friction force can be decomposed into two parts, one due to viscoelastic dissipation and the other from hydrodynamics. Although these two are generally coupled, in the Hertz limit, an important result is that the viscoelastic portion of the friction force can be well approximated by the solution of the corresponding “dry” sliding problem, in which there is no lubricating fluid layer. This provides a simple way to decouple the hydrodynamic portion of the friction force from the viscoelasticity of the substrate. We study how hydrodynamic pressure and film thickness vary with the controlling dimensionless parameters. Scaling laws for these relationships are given in closed form.
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