On higher complexity for interface/contact laws with arbitrary anisotropy - development of numerical models and their experimental validations.

关于具有任意各向异性的界面/接触定律的更高复杂性 - 数值模型的开发及其实验验证。

基本信息

项目摘要

Forces of various nature, e.g. elastic, viscoelastic, plastic forces, are observed during the contact interaction of bodies in the most general case. These forces are reflecting the real structure and the properties of a rough surface. Sliding friction forces and so-called adhesion forces are the main me-chanical characteristics to describe contact interaction. They are representing 2D surface constitutive laws in analogy to elasto-plasticity for 3D continuum. A key to the generalization of the construction of various interface contact laws (besides e.g. the well known Coulomb friction law) is based on proper combinations of known constitutev relations for elasticity, plasticity, viscosity etc. in completely nonlinear form. These combinations can be obtained with regards to main thermodynamical principles leading to the principle of maximum dissipation expressed in the arbitrary surface metrics in covariant form. This leads to a set of a-priory stable numerical algorithms including various combinations of the decoupled interaction in both normal and tangential directions. The focus in the project will be on constitutive relations in the tangential direction, where equations for the elastic region – in nonlinear form – represent the tangential adhesion – reflecting the surface structure – and plastic laws, also in nonlinear form, represent frictional interaction. An important issue of the project is the verification based on homogenization and multi-scale tchniques. For the micro-level a model with exact asperities possessing a certain global geometrical structure is taken while the derived surface interface model is taken as an average model for the macro-level to achieve a model usable in large scale computations. A set of experiments will be provided to define global macro-characteristics of the developed averaged model such as the structures of the adhesion tensor as well as of the friction tensor.
各种性质的力量,例如在最常见的情况下,在物体的接触相互作用过程中会观察到弹性力、粘弹性力、塑性力。这些力反映了粗糙表面的真实结构和特性。滑动摩擦力和所谓的粘附力是描述接触相互作用的主要机械特征。它们代表 2D 表面本构定律,类似于 3D 连续体的弹塑性。推广各种界面接触定律(除了众所周知的库仑摩擦定律之外)的关键是基于完全非线性形式的弹性、塑性、粘度等已知构成关系的适当组合。这些组合可以根据主要热力学原理获得,从而导致以协变形式的任意表面度量表示的最大耗散原理。这导致了一组先验稳定的数值算法,包括法向和切向方向上解耦相互作用的各种组合。该项目的重点将是切向方向的本构关系,其中弹性区域方程(非线性形式)代表切向粘附力(反映表面结构),而塑性定律也以非线性形式代表摩擦相互作用。该项目的一个重要问题是基于同质化和多尺度技术的验证。对于微观层面,采用具有一定全局几何结构的精确粗糙度模型,而导出的表面界面模型作为宏观层面的平均模型,以实现可用于大规模计算的模型。将提供一组实验来定义所开发的平均模型的全局宏观特征,例如粘附张量和摩擦张量的结构。

项目成果

期刊论文数量(3)
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Geometrically Exact Theory of Contact Interactions - Further Developments and Achievements
接触相互作用的几何精确理论 - 进一步发展和成就
  • DOI:
    10.4236/ojapps.2013.31b1004
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Konyukhov A;Schweizerhof K.
  • 通讯作者:
    Schweizerhof K.
Contact of ropes and orthotropic rough surfaces
绳索与各向异性粗糙表面的接触
Geometrically exact theory of contact interactions – a general approach with a special focus on curve‐tosurface contact
接触相互作用的几何精确理论——一种特别关注曲线与曲面接触的通用方法
  • DOI:
    10.1002/gamm.201410002
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Konyukhov A;Schweizerhof K.
  • 通讯作者:
    Schweizerhof K.
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