基于球谐函数生成的模拟粗糙球的接触行为
材料科学
2022-07-14 v1 应用物理
计算物理
摘要
采用有限元方法（FEM）研究了非粘附分形粗糙颗粒间的法向接触行为。通过球谐函数生成了一系列具有不同粗糙度特征的球形颗粒表面。这些表面由两个粗糙度描述符刻画，即相对粗糙度（Rr）和分形维数（FD）。利用 FEM 模拟粗糙球与刚性平面的接触行为，通过关注接触刚度和真实接触面积来量化表面结构与球体形貌的影响。发现法向接触刚度（k）对施加法向力（F）的依赖在四个数量级上遵循幂律，且 alpha 和 beta 均与 Rr 和 FD 高度相关。随着载荷增加，幂指数收敛于赫兹接触的指数，例如 1/3，与 Rr 无关。真实接触区域通过新微接触点的形成及其逐渐合并而演化，同时由不同力诱发的接触岛面积分布由于表面的分形性质趋于服从相似的 Weibull 分布。研究发现具有较大 Rr 值的接触产生的接触轮廓具有更高的分形维数（由二维盒计数法计算）。我们的结果表明，在研究接触行为时应考虑准球形颗粒中径向长度的相关性。
引用
@article{arxiv.2207.06361,
title = {Contact behaviour of simulated rough spheres generated with spherical harmonics},
author = {Deheng Wei and Chongpu Zhai and Dorian A. H. Hanaor and Yixiang Gan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.06361},
year = {2022}
}