PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

The modelling of loading, unloading and reloading of the elastic-plastic contact of rough surfaces

Autorzy
Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Modelowanie charakterystyki kontaktu uzyskanej podczas obciążania odciążania oraz powtórnego obciążania
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
This paper presents a non-linear mathematical model describing the hysteresis of dry contact of rough surfaces loaded in the normal direction. A number of characteristic phenomena appear during the initial loading, unloading and reloading of the contact interface. The contact is most flexible during the first loading, and its plastic deflection is significant, whereas the characteristic curve of unloading is stiffer and is mainly elastic in nature. The reloading characteristic is similar to the unloading characteristic, and thus a hysteresis loop is observed. The non-linear model of contact presented in this paper, which has been validated by experimental data, describes the aforementioned phenomena. The model is dedicated to the finite element method (FEM), the discrete element method (DEM), and simulations of multi-body systems (MBS), where accurate and effective contact models are preferred. The presentation of the model is supported by examples of applications to contact problems.
PL
W artykule przedstawiono nieliniowy matematyczny model opisujący histerezę suchego kontaktu ciał chropowatych, który został obciążony w kierunku normalnym. Kilka charakterystycznych zjawisk pojawia się podczas pierwszego obciążania, odciążania i powtórnego obciążania. Kontakt ciał jest najbardziej podatny podczas pierwszego obciążania, a jego plastyczne odkształcenie jest znaczne. Natomiast charakterystyka uzyskana podczas odciążania jest sztywniejsza, a odkształcenia mają głównie charakter sprężysty. Podobną charakterystykę uzyskuje się podczas ponownego obciążania, tak więc obserwowana jest pewna pętla histerezy. Zweryfikowany doświadczalnie model kontaktu, opisujący wyżej wymienione nieliniowe zjawiska, został przedstawiony w artykule. Model ten został opracowany z myślą o: metodzie elementów skończonych, metodzie elementów dyskretnych i układach wieloczłonowych. W praktyce obliczeniowej potrzebne są dokładne modele kontaktu, które nie wymagają jednak kosztownych obliczeń. Prezentację tego modelu wzbogacono przykładami obliczeniowymi.
Słowa kluczowe
Rocznik
Strony
509--530
Opis fizyczny
Bibliogr. 41 poz., rys., tab.
Twórcy
autor
  • University of Technology and Life Science in Bydgoszcz, Faculty of Mechanical Engineering, Bydgoszcz, Poland, robertkostek@o2.pl
Bibliografia
  • 1. Archard J.F., 1957, Elastic deformation and the laws of friction, Proceedings of the Royal Society London, Ser. A, 243, 190-205
  • 2. Buczkowski R., Kleiber M., 2006, Elasto-plastic statistical model of strongly anisotropic rough surfaces for finite element 3D-contact analysis, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 195, 37/40, 5141-5161
  • 3. Cichowicz M., Nowicki B., 1984, Contact stiffness and experimental investigations, XIII Sympozjum Tribologiczne, Częstochowa – Poraj, 316-321
  • 4. Etsion I., Kligerman Y., Kadin Y., 2005, Unloading of an elastic-plastic loaded spherical contact, International Journal of Solids and Structures, 42, 13, 3716-3729
  • 5. Goerke D., Willner K., 2008, Normal contact of fractal surfaces-Experimental and numerical investigations, Wear, 264, 7/8, 589-598
  • 6. Greenwood J.A., Williamson J.B.P., 1966, The contact of nominally flat surfaces, Proceedings of the Royal Society London, Ser. A, 295, 300-319
  • 7. Grudziński K., Jaroszewicz W., 2002, Posadowienie maszyn i urządzeń na podkładkach fundamentowych odlewanych z tworzywa EPY, ZAPOL
  • 8. Grudziński K., Kostek R., 2007, An analysis of nonlinear normal contact microvibrations excited by a harmonic force, Nonlinear Dynamics, 50, 4, 809-815
  • 9. Gutowski P., Skrodzewicz J., 2001, 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, 1, 341-352
  • 10. Hess D.P., Soom A., 1991, Normal vibrations and friction under harmonic loads: Part II – Rough planar contacts, Transactions of the ASME, Journal of Tribology, 113, 1, 87-92
  • 11. Hunt K.H., Crossley F.R.E., 1975, Coefficient of restitution interpreted as damping in vibroimpact, Transactions of the ASME, Journal of Applied Mechanics, 42, 2, 440-445
  • 12. Jamari J., Schipper D.J., 2007, Plastic deformation and contact area of an elastic-plastic contact of ellipsoid bodies after unloading, Tribology International, 40, 8, 1311-1318
  • 13. Jones R.E., 2004,Models for contact loading and unloading of a rough surface, International Journal of Engineering Science, 42, 17/18, 1931-1947
  • 14. Kadin Y., Kligerman Y., Etsion I., 2006, Unloading an elastic-plastic contact of rough surfaces, Journal of Mechanics and Physics of Solids, 54, 12, 2652-2674
  • 15. Kim J.Y., Baltazar A., Rokhlin S.I., 2004, Ultrasonic assessment of rough surface contact between solids from elastoplastic loading-unloading hysteresis cycle, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 52, 8, 1911-1934
  • 16. Kostek R., 2005, Investigation of the normal contact microvibrations and their influence on the friction force reduction within the dynamical systems, Ph.D. Thesis, Technical University of Szczecin
  • 17. Kostek R., Konowalski K., 2008, A model of contact between rough surfaces, Tribologia, 39, 5, 95-105
  • 18. Kostek R., Munjiza A., 2009, Visualization of results received with the discrete element method, Computational Methods in Science and Technology, 15, 2, 151-160
  • 19. Kruggel-Emden H., Wirtz S., Scherer V., 2008, A study on tangential force laws applicable to the discrete element method (DEM) for materials with visco-elastic or plastic behaviour, Chemical Engineering Science, 63, 6, 1523-1541
  • 20. Li L.-Y., Gu J.-Z., 2009, An analytical solution for the unloading in spherical indentation of elastic-plastic solids, International Journal of Engineering Science, 47, 3, 452-462
  • 21. Lifshitz J.M., Kolsky K., 1963, Some experiments on anelastic rebound, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 12, 1, 35-43
  • 22. Marshall M.B., Lewis R., Dwyer-Joyce R.S., 2006, Characterisation of contact pressure distribution in bolted joints, Strain, 42, 1, 31-43
  • 23. Martins J., Oden J., Simoes F., 1990, A study of static and kinetic friction, International Journal of Engineering Science, 28, 1, 29-92
  • 24. Michalczyk J., 2008, Phenomenon of force impulse restitution in collision modelling, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 46, 4, 897-908
  • 25. Mikic B.B., 1971, Analytical studies of contact of nominally flat surfaces effect of previous loading, Trans. ASME, Journal of Lubrification Technology, 20, 451-456
  • 26. Mikic B.B., 1974, Thermal contact conductance; Theoretical considerations, International Journal of Heat and Mass Transfer, 17, 2, 205-214
  • 27. Munjiza A., 2004, The Combined Finite-Discrete Element Method, JohnWiley & Sons Ltd.
  • 28. Nardin A., Zavarise G., Schrefler B.A., 2003, Modelling of cutting tools-soil interactions – Part I: Contact behaviour, Computational Mechanics, 31, 3/4, 327-339
  • 29. Nicola L., Bower A.F., Kim K.-S., Needleman A., Van der Giessen E., 2007, Surface versus bulk nucleation of dislocations during contact, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 55, 6, 1120-1144
  • 30. Oden J.T., Martins J.A.C., 1985, Models and computational methods for dynamics friction phenomena, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 52, 527-634
  • 31. Pei L., Hyun S., Molinari J.F., Robbins M.O., 2005, Finite element modelling of elasto-plastic contact between rough surfaces, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 53, 11, 2385-2409
  • 32. Pombo J.C., Ambrósio J.A.C., 2008, Application of a wheel-rail contact model to railway dynamics in small radius curved tracks, Multibody System Dynamics, 19, 1/2, 91-114
  • 33. Pullen J., Williamson J.B.P., 1972, On the plastic contact of rough surfaces, Proceedings of the Royal Society London, Ser. A, 327, 159-173
  • 34. Schiehlen W., Seifried R., Eberhard P., 2006, Elastoplastic phenomena in multibody impact dynamics, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 195, 50/51, 6874-6890
  • 35. Skrodzewicz J., 2003, Influence of the lubricating agent on the properties of contact joints, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 41, 1, 107-118
  • 36. Stępniewski A., 2007, D’Alembert’s supplemented principle and Newton’s five supplemented laws, International Journal of Pure and Applied Mathematics, 38, 3, 415-424
  • 37. Stolarski T.A., 2000, Tribology in Machine Design, Elsevier
  • 38. Tworzydlo W.W., Cecot W., Oden J.T., Yew C.H., 1998, Computational micro- and macroscopic models of contact and friction: formulation, approach and applications, Wear, 220, 2, 113-140
  • 39. Vu-Quoc L., Zhang X., 1999, An elastoplastic contact force-displacement model in the normal direction: displacement-driven version, Proceedings – Royal Society. Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 455, 1991, 4013-4044
  • 40. Woo K.L., Thomas T.R., 1980, Contact of rough surfaces: a review of experimental work, Wear, 58, 2, 331-340
  • 41. Wriggers P., 2006, Computational Contact Mechanics, 2nd Ed., Springer
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWM6-0029-0010
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.