Механика столкновений твердых тел: влияние трения и адгезии. I. Обзор экспериментальных и теоретических работ
Автор: Ляшенко Я.А., Виллерт Э., Попов В.Л.
Статья в выпуске: 2, 2018 года.
Бесплатный доступ
Столкновения твердых тел представляют значительный интерес для многих отраслей физики и инженерных наук. Данный обзор посвящен неупругим столкновениям твёрдых тел, в которых диссипация энергии обусловлена наличием внутреннего или внешнего трения, адгезии, шероховатостей, процессов пластической деформации, а также других специфических каналов затухания. Рассматриваются исключительно двухчастичные столкновения, которые эквивалентно могут быть сведены к задаче о столкновении твердой частицы с упругим полупространством. Эта последняя задача рассматривается как без учета проскальзывания (бесконечный коэффициент трения), так и при наличии трения с конечным коэффициентом, а также при наличии сил адгезии между контактирующими телами. Дан обзор основных результатов теоретических и экспериментальных исследований столкновений как для упругих, так и для упруго-пластических частиц. Основное внимание уделяется, однако, случаю столкновений упругих частиц. Рассмотрен косой удар, в котором в момент столкновения частицы имеют ненулевые нормальную и тангенциальную компоненты скоростей. Во многих случаях приводятся полученные различными авторами аналитические выражения для коэффициента восстановления, который представляет отношение скорости тела после соударения к его начальной скорости до момента контакта. В общем случае коэффициент восстановления зависит от адгезионных и пластических характеристик контактирующих тел. Область высоких скоростей, при которых происходит разрушение, не рассматривается. Статья представляет собой первую часть обзора. Во второй части будут приведены результаты математического и численного моделирования, полученные авторами в рамках метода редукции размерности, который позволяет проводить описание трехмерного контакта путем трансформации к эквивалентной задаче в одномерном пространстве.
Нормальный и тангенциальный контакт, адгезия, трение, коэффициент восстановления, метод редукции размерности
Короткий адрес: https://sciup.org/146281861
IDR: 146281861 | УДК: 531.133.1; | DOI: 10.15593/perm.mech/2018.2.05
Mechanics of collisions of solids: influence of friction and adhesion. I. Review of experimental and theoretical works
Collisions of solid bodies are of significant interest for a great variety of physical and engineering applications. This review is devoted to non-elastic collisions of solid bodies when the energy dissipation is caused by the inner or interface friction, plasticity, adhesion, or other damping mechanisms. We consider only two-particle collisions. This impact problem can be reduced to the collision of a solid particle with a half-space. We discuss the collision without slip (infinite coefficient of friction) and in the presence of a finite coefficient of friction, as well as in the presence of adhesion between contacting bodies. A review is given of the previous theoretical and experimental work on both elastic and non-elastic impacts. However, the focus of the present work is on collisions of elastic particles. We consider the general oblique impact with non-zero normal and tangential velocity components of impacting particles. Analytical expressions for the restitution coefficient obtained by many authors are presented. Generally, the restitution coefficient depends on adhesive and plastic properties of contacting bodies. High velocity impact with destruction of particles does not belong to the scope of the paper. This paper is the first part of a two-parts-review. In the second part the results of analytical and numerical simulations will be presented, which have been obtained by the authors using the method of dimensionality reduction, allowing for reduction of three-dimensional contact problems to a much simpler equivalent problem in a one-dimensional space.
Список литературы Механика столкновений твердых тел: влияние трения и адгезии. I. Обзор экспериментальных и теоретических работ
- Dynamics of drag and force distributions for projectile impact in a granular medium / M.P. Ciamarra, A.H. Lara, A.T. Lee, D.I. Goldman, I. Vishik, H.L. Swinney // Phys. Rev. Lett. - 2004. - Vol. 92. - No. 19. - P. 194301.
- Jop P., Forterre Y., Pouliquen O. A constitutive law for dense granular flows // Nature. - 2006. - Vol. 441. - No. 7094. - P. 727-730.
- Model for collisions in granular gases / N.V. Brilliantov, F. Spahn, J.-M. Hertzsch, T. Pöschel // Phys. Rev. E. - 1996. - Vol. 53. - No. 5. - P. 5382-5392.
- Bernard B. Impacts in mechanical systems: analysis and modelling. - Berlin; New York: Springer, 2000. - 278 p.
- Attractive particle interaction forces and packing density of fine glass powders / E.J.R. Parteli, J. Schmidt, C. Blümel, K.-E. Wirth, W. Peukert, T. Pöschel // Sci. Rep. - 2014. - Vol. 4. - P. 6227 (7 pp.).
