Modeling of sliding contact of a system of asperities and coated viscoelastic half-space

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Problem of sliding of a periodic system of asperities along the boundary of a viscoelastic half-space with a coating is under consideration. The coating is modeled by a layer with flexural rigidity. The solution is based on reducing the problem to the contact of a limited system of asperities with the action of others being replaced by distributed pressure; the accuracy of such approach is evaluated. The numerical-analytical solution is based on double integral Fourier transforms, the boundary element method and the iterative procedure. The influence of the shape of asperities, sliding velocity, and coating thickness on the deformation component of the friction force and on the effect of mutual influence of asperities was analyzed. To identify the effect of mutual influence, a comparison was made of the results (distribution of contact pressure and friction force) obtained for multiple contacts and for the isolated asperity. For comparison, the results of solving a similar problem for viscoelastic half-space without a coating were obtained and analyzed.

About the authors

F. I. Stepanov

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: stepanov_ipm@mail.ru
Russian Federation, Moscow

E. V. Torskaya

Ishlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences

Email: torskaya@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Borodich F.M., Onishchenko D.A. Similarity and fractality in the modelling of roughness by a multilevel profile with hierarchical structure // Int. J. Solids Struct. 1999. V. 36. P. 2585–2612. https://doi.org/10.1016/S0020-7683(98)00116-4
  2. Klüppel M., Heinrich G. Rubber Friction on Self-Affine Road Tracks // Rubber Chem. Technol. 2000. V. 73. № 4. P. 578–606. https://doi.org/10.5254/1.3547607
  3. Persson B.N.J. Theory of rubber friction and contact mechanics // J. Chem. Phys. 2001. V. 115. P. 3840–3861. https://doi.org/10.1063/1.1388626
  4. Li Q., Popov M., Dimaki A., Filippov A.E., Kürschner S., Popov V.L. Friction between a viscoelastic body and a rigid surface with random self-affine roughness // Phys Rev Lett. 2013. № 111. P. 034301. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.034301
  5. Nettingsmeier J., Wriggers P. Frictional contact of elastomer materials on rough rigid surfaces // PAMM Proc Appl Math Mech. 2004. № 4. P. 360–361. https://doi.org/10.1007/1-4020-5370-3_331
  6. Carbone G., Putignano C.A. Novel methodology to predict sliding and rolling friction of viscoelastic materials: theory and experiments //J. Mech. and Phys. Sol. 2013. V. 61. № 8. P. 1822–1834. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2013.03.005
  7. Carbone G., Putignano C. Rough viscoelastic sliding contact: Theory and experiments // Phys Rev. 2014. № E89. P. 032408. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.89.032408
  8. Scaraggi M., Persson B.N.J. Friction and universal contact area law for randomly rough viscoelastic contacts // J Phys Condens Matter. 2015. № 27. P. 105102. https://doi.org/10.1088/0953-8984/27/10/105102
  9. Menga N., Afferrante L., Demelio G.P., Carbone, G. Rough contact of sliding viscoelastic layers: Numerical calculations and theoretical predictions // Tribol. Int. 2018. № 122. P. 67–75. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2018.02.012
  10. Kane M.Do., M.-T., Cerezo V., Rado Z., Khelifi C. Contribution to pavement friction modelling: an introduction of the wetting effect // Int. J. Pavement Eng. 2019. V. 20. № 8. P. 965–976. https://doi.org/10.1080/10298436.2017.1369776
  11. Soldatenkov I.A. Calculation of friction for indenter with fractal roughness that slides against a viscoelastic foundation // J. Frict. Wear. 2015. V. 36. № 3. P. 193–196. https://doi.org/10.3103/S1068366615030137.
  12. Barber J.R. Contact Mechanics. Dordrecht. The Netherlands: Springer, 2018. 585 p.
  13. Chen W., Wang Q., Huan Z., Luo X. Semi-analytical viscoelastic contact modeling of polymer-based materials // J Trib. 2011. V. 133. № 4. P. 041404. https://doi.org/10.1115/1.4004928
  14. Koumi K.E. et al. Contact analysis in the presence of an ellipsoidal inhomogeneity within a half space // Int J Sol Struc. 2014. Vol. 51. № 6. P. 1390–1402. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.12.035
  15. Koumi K.E., Chaise T., Nelias D. Rolling contact of a rigid sphere/sliding of a spherical indenter upon a viscoelastic half-space containing an ellipsoidal inhomogeneity // J Mech Phys Sol. 2015. V. 80. P. 1–25. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2015.04.001
  16. Kusche S. Frictional force between a rotationally symmetric indenter and a viscoelastic half-space // ZAMM J Appl Math Mech. 2016. P. 1–14. https://doi.org/10.1002/zamm.201500169
  17. Aleksandrov V.M., Goryacheva I.G., Torskaya E.V. Sliding contact of a smooth indenter and a viscoelastic half-space (3D problem) // Dokl. Phys. 2010. V. 55. P. 77–80. https://doi.org/10.1134/S1028335810020084
  18. Goryacheva I.G., Stepanov F.I., Torskaya E.V. Sliding of a smooth indentor over a viscoelastic half-space when there is friction // J. Appl. Math. Mech. 2015. V. 79. № 6. P. 596–603. https://doi.org/10.1016/j.jappmathmech.2016.04.006
  19. Sheptunov B.V., Goryacheva, I.G., Nozdrin M.A. Contact problem of die regular relief motion over viscoelastic base // J. Frict. Wear. 2013. V. 34. P. 83–91. https://doi.org/10.3103/S1068366613020086
  20. Menga N., Putignano C., Carbone G., Demelio G.P. The sliding contact of a rigid wavy surface with a viscoelastic half-space // Proc. R. Soc. A. 2014. V. 470. № 2169. P. Article number 20140392. https://doi.org/10.1098/rspa.2014.0392
  21. Goryacheva I.G., Makhovskaya Y.Y. Sliding of a wavy indentor on a viscoelastic layer surface in the case of adhesion // Mech. Solids. 2015. V. 50. № 4. P. 439–450. https://doi.org/10.3103/S002565441504010X.
  22. Hunter S.C. The Hertz problem for a rigid spherical indenter and a viscoelastic half-space // J Mech Phys Solids. 1960. V. 8. P. 219–234. https://doi.org/10.1016/0022-5096(60)90028-4
  23. Wang D., de Boe G., Neville A., Ghanbarzadeh A.A. Review on Modelling of Viscoelastic Contact Problems. // Lubricants. 2022. № 10. P. 358. https://doi.org/10.3390/lubricants10120358
  24. Stepanov F.I., Torskaya E.V. Effect of Surface Layers in Sliding Contact of Viscoelastic Solids (3-D Model of Material) // Front. Mech. Eng. 2019. V. 5. P. 26. https://doi.org/10.3389/fmech.2019.00026
  25. Goryacheva I.G. Mechanics of friction interaction. Moscow: Nauka. 2001. 478 p.
  26. Nikishin V.S., Shapiro G.S. Space Problems of Elasticity Theory for Multilayered Media // Moscow: Vych. Tsentr Akad Nauk SSSR. 1970. 260 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».