有限变形诱导法向波纹接触中的摩擦滞后
软凝聚态物质
2025-03-13 v1
摘要
自 Hertz 1882 年的开创性工作以来，接触力学传统上基于线性弹性，假设小应变和小位移。然而，最近的实验清楚地揭示了线性弹性在准确预测橡胶和弹性体接触行为方面的局限性，特别是在摩擦滑移期间，摩擦滑移受几何和材料非线性支配。在本研究中，我们研究了法向接近-回缩循环中波纹刚性压头与平坦可变形基底之间的基本场景。考察了无摩擦和有摩擦的界面条件，考虑了有限应变、位移和非线性流变学。我们为此开发了有限元模型，并将数值结果与 Westergaard 的线性理论进行了比较。我们的结果表明，即使在无摩擦条件下，接触响应也显著受几何和材料非线性的影响，特别是对于高宽比波纹压头，其中法向-切向应力和位移耦合出现。更重要的是，非线性弹性中的界面摩擦导致法向加载-卸载循环期间的接触滞后（即摩擦性能量耗散）。这种行为无法用线性框架解释；因此，大多数报告滞后的实验通常通过调用其他界面现象（如粘附、塑性或粘弹性）来解释。在这里，我们提供了一个基于有限应变/位移的补充解释，具有详细特征，如剥离力消失。此外，我们还报告了受限系统中滞后损耗的增加，源于增强的法向-切向非线性耦合。
引用
@article{arxiv.2503.07495,
title = {Finite deformations induce friction hysteresis in normal wavy contacts},
author = {M. Ceglie and G. Violano and L. Afferrante and N. Menga},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.07495},
year = {2025}
}