A Theoretical Contact Model for Rough Elastic Spheres

接触面积 球体 接触力学 有限元法 曲率 表面粗糙度 表面光洁度 粗糙表面 机械 平面(几何) 材料科学 几何学 经典力学 数学 物理 工程类 结构工程 复合材料 天文
作者
Shiwen Chen,Weike Yuan,Xuan-Ming Liang,Gang-Feng Wang
出处
期刊:Journal of tribology [ASM International]
卷期号:145 (11) 被引量:4
标识
DOI:10.1115/1.4062933
摘要

Abstract Investigating the contact of rough spheres is constructive to wide engineering applications and scientific research. However, the coexistence of global curvature and surface roughness brings difficulty in the analysis of this problem. In this work, we present a theoretical model for the contact between a rough elastic sphere and a rigid plane. As a fundament, the whole-range contact of nominally flat Gaussian rough surfaces is dealt with using a finite element method. With the load–area relation for the contact of nominally flat rough surfaces, the local real contact area of rough spherical contact is determined, in which the local pressure is given by the Hertzian model. Then, the total real contact area of rough spherical contact is obtained by integrating over the Hertzian contact area. It is found that the load–area relation for the contact of rough spheres is linear at light loads and converges to the result of smooth spherical contact as the load increases. This rough spherical contact model is validated through direct finite element simulations.

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