黏附性弹性-理想塑性颗粒的力学派生接触模型（第一部分）：基于降维方法
软凝聚态物质
2023-09-15 v1
摘要
在本两篇系列文章中，我们提出一种能够捕捉多种载荷下相互作用的黏附性弹性-理想塑性颗粒响应的接触模型。在第一部分中，我们关注有/无黏附的弹性至全塑性接触。对于这些接触状态，模型建立在降维方法（method of dimensionality reduction）之上，该方法将三维轴对称接触问题映射为刚性一维压头压入独立胡克弹簧床的半等价问题。塑性通过受接触压力约束连续改变一维压头轮廓来计入。卸载自然产生，仅需将一维压头抬离弹簧并跟踪力即可。通过考虑该塑性变形的不可压缩性质，接触模型能够捕捉多邻体依赖效应，如力增大与新接触形成。JKR型黏附通过允许弹簧黏附于一维压头表面在降维方法中无缝恢复。由于该接触模型以力学为导向的构造，仅需少量描述相互作用颗粒的物理输入：颗粒半径、杨氏模量、泊松比、屈服应力和有效表面能。接触模型通过有限元模拟与解析理论（包括赫兹接触定律与JKR黏附理论）进行了验证。这些比较表明，所提接触模型能准确捕捉塑性位移、平均接触压力、接触面积与力随位移的变化，以及弹性至全塑性状态下的颗粒体积。
引用
@article{arxiv.2309.07300,
title = {A mechanically-derived contact model for adhesive elastic-perfectly plastic particles. Part I: Utilizing the method of dimensionality reduction},
author = {William Zunker and Ken Kamrin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.07300},
year = {2023}
}