A model of contact between rough surfaces

• Autorzy: Kostek R. , Konowalski K.

Warianty tytułu

PL

Model kontaktu powierzchni chropowatych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a non-linear mathematical model describing mechanical properties of dry contact of rough surfaces, loaded in the normal direction with the range of contact pressure 0–1.9 and 0–8 MPa. The surfaces of the joints were loaded the first time, thus irreversible characteristics were observed. The characteristics of the contacts are complex, virgin contacts are more flexible and plastic deformation is significant, while stabilised contacts are stiffer, and deflection has mostly an elastic character. The mentioned phenomena were described by a non-linear model, which can be used in future simulations (e.g. FEM, DEM, MBS) and for practical purposes. The structure and parameters of the model were identified from experimental data, which were measured time histories of normal load and normal contact deflection.

PL

Artykuł prezentuje nieliniowy matematyczny model, opisujący mechaniczne własności kontaktu, niesmarowanych powierzchni chropowatych, obciążonych w kierunku normalnym, w zakresie obciążenia od 0–1,9 oraz 0–8 MPa. Powierzchnie połączeń kontaktowych były obciążone pierwszy raz, tak więc zaobserwowano odkształcenia plastyczne. Własności mechaniczne kontaktu są złożone, odkształcenia plastyczne kontaktu obciążonego pierwszy raz są znaczące, a co się z tym wiąże kontakt jest bardziej podatny. Podczas gdy ustabilizowany kontakt jest sztywniejszy i odkształcenia mają głównie charakter sprężysty. Wymienione zjawiska zostały opisane przez nieliniowy model kontaktu, który może być wykorzystany w dalszych badaniach (np. MES, MED., MBS) oraz w praktyce. Struktura i parametry modelu zostały zidentyfikowane na podstawie zmierzonych przebiegów czasowych obciążenia i odkształcenia.

Słowa kluczowe

EN

contact mechanics; elastic-plastic; rough surface; hysteresis; model

PL

mechanika kontaktu; elastoplastyczny; powierzchnie chropowate; histereza; model

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 5
• Strony: 95--105
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kostek R.

autor

Konowalski K.

• Uniwersytet Techniczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, ul. A.G. Siedleckiego 25/8, 85-868 Bydgoszcz,

Bibliografia

• 1. Etsion I., Kligerman Y., Kadin Y.: Unloading of an elastic-plastic loaded spherical contact. International Journal of Solids and Structures, 2005, 42 (13), pp. 3716-3729.
• 2. Goerke D., Willner K.: Normal contact of fractal surfaces-Experimental and numerical investigations. Wear, 2008, 264 (7-8), pp. 589-598.
• 3. Gutowski P., Skrodzewicz J.: Experimental investigations of the planar contact joints under dynamic loads. 5th Conference on experimental methods in designing and maintenance machines, Wrocław University of Technology, Szklarska Poręba, 2001, T. 1, pp. 341-352.
• 4. Hess D.P., Soom A.: Normal vibrations and friction under harmonic loads: Part II - Rough planar contacts. Transactions of the ASME, Journal of Tribology, 1991, 113 (1), pp. 87-92.
• 5. Hunt K.H., Crossley F.R.E.: Coefficient of restitution interpreted as damping in vibroimpact. Transactions of the ASME, Journal of Applied Mechanics, 1975, 42 (2), pp. 440-445.
• 6. Jamari J., Schipper D.J.: Plastic deformation and contact area of an elastic-plastic contact of ellipsoid bodies after unloading. Tribology International, 2007, 40 (8), pp. 1311-1318.
• 7. Jones R.E.: Models for contact loading and unloading of a rough surface. International Journal of Engineering Science, 2004, 42 (17-18), pp. 1931 - 1947.
• 8. Kadin Y., Kligerman Y., Etsion I.: Unloading an elastic-plastic contact of rough surfaces. Journal of Mechanics and Physics of Solids, 2006, 54 (12), pp. 2652-2674.
• 9. Kim J.Y., Baltazar A., Rokhlin S.I.: Ultrasonic assessment of rough surface contact between solids from elastoplastic loading-unloading hysteresis cycle. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2004, 52 (8), pp. 1911-1934.
• 10. Kostek R.: Investigation of the normal contact microvibrations and their influence on the friction force reduction within the dynamical systems. Dissertation, Technical University of Szczecin. 2005.
• 11. Kruggel-Emden H., Wirtz S., Scherer V.: A study on tangential force laws applicable to the discrete element method (DEM) for materials with viscoelastic or plastic behavior. Chemical Engineering Science, 2008, 63 (6), pp.1523-1541.
• 12. Martins J., Oden J., Simoes F.: A study of static and kinetic friction. International Journal of Engineering Science, 1990, 28 (1), pp. 29-92.
• 13. Munjiza A.: The Combined Finite-Discrete Element Method. John Wiley & Sons Ltd. 2004.
• 14. Pei L., Hyun S., Molinari J.F., Robbins M.O.: Finite element modeling of elasto-plastic contact between rough surfaces. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2005, 53 (11), pp. 2385-2409.
• 15. Schaible B.: Ermittlung des statischen und dynamischen Verhaltens insbesondere der Dampfung von verschraubten Fugenverbindungen fur Werkzeugmaschinen. Dissertation, TU Munchen, 1976.
• 16. Schiehlen W., Seifried R., Eberhard P.: Elastoplastic phenomena in multibody impact dynamics. Computer methods in applied mechanics and engineering, 2006, 195, (50-51), pp. 6874-6890.
• 17. Skrodzewicz J.: Influence of the lubricating agent on the properties of contact joints. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2003, 41 (1), pp. 107-118.
• 18. Tworzydlo W.W., Cecot W., Oden J.T., Yew C.H.: Computational micro-and macroscopic models of contact and friction: formulation, approach and applications. Wear, 1998, 220 (2), pp. 113-140.
• 19. Vu-Quoc L., Zhang X.: An elastoplastic contact force-displacement model in the normal direction: displacement-driven version. Proceedings - Royal Society. Mathematical, physical and engineering sciences, 1999, 455 (1991), pp. 4013-4044.