黏弹性赫兹接触中的有效表面能研究

软物质的黏弹性与速率依赖性黏附导致对“相对简单”的刚球与黏弹性半空间接触问题的建模存在困难。为此，文献中通常采用对表面相互作用和黏性耗散过程的近似描述。本文中，我们建立了一个完全确定性的模型，其中黏附相互作用由 Lennard-Jones 势描述，材料行为由标准线性固体模型描述。在不同驱动条件下进行了法向加载-卸载循环。当加载在准静态条件下进行，从而卸载从材料完全松弛状态开始时，发现有效表面能随接触线速度单调增加，直至在高卸载速率下达到渐近值。该结果与现有的黏弹性裂纹扩展理论一致。若加载和卸载以相同的非零驱动速度进行，从而卸载从材料未松弛状态开始，则有效表面能 {\Delta}{\gamma}eff 随接触线速度的变化趋势在双对数图中呈钟形函数。发现 {\Delta}{\gamma}eff 的峰值出现在比使黏弹性模量损耗角正切达到最大更小的接触线速度处。此外，我们表明 Gent&Schultz 假设在此情形下部分成立，因为黏性耗散不再局限于接触周长处，也发生在块体材料中。