Механика столкновений твердых тел: влияние трения и адгезии. II. Численное моделирование

Бесплатный доступ

Данная работа представляет собой вторую часть обзора, посвященного физике двухчастичных столкновений твердых тел. В первой части описаны теоретические и экспериментальные работы по неупругим столкновениям твёрдых тел, в которых диссипация энергии обусловлена наличием внутреннего или внешнего трения, пластичности, адгезии, а также других каналов затухания. В настоящей части обзора мы уделили основное внимание случаю столкновений упругих частиц. Приведены результаты математического и численного моделирования, полученные авторами с применением метода редукции размерности, который позволяет описание трехмерного контакта свести к моделированию контактных процессов в эквивалентном одномерном пространстве. Рассмотрено три случая: столкновение между телами без проскальзывания (эквивалент бесконечного коэффициента трения), с конечным коэффициентом трения в зоне контакта и с наличием адгезионного взаимодействия, которое описывается в пределе JKR. Во всех рассматриваемых случаях идентифицированы определяющие процесс безразмерные переменные, и численно определены функции, задающие зависимости между этими переменными. Используя указанные безразмерные переменные, возможно рассчитать компоненты скоростей и циклическую частоту вращения, а значит, и траекторию шарика после столкновения, если известны аналогичные параметры до столкновения. Теоретические результаты сравниваются с опубликованными экспериментальными данными и показывают хорошее совпадение с известными экспериментами.

Еще

Толкновение, нормальный и тангенциальный контакт, адгезия, трение, скольжение, коэффициент восстановления, метод редукции размерности

Короткий адрес: https://sciup.org/146281888

IDR: 146281888   |   УДК: 531.133.1;   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2018.4.17

Mechanics of collisions of solids: influence of friction and adhesion. II numerical modeling

This paper is the second part of the review on the physics of two-particle collisions of solids. The first one describes theoretical and experimental works on collisions of elastic and elastic-plastic solid bodies in the case when the energy dissipation is caused by the inner or interface friction, plasticity, adhesion, or some other damping mechanisms. In this second part, we concentrate on the case of collisions of elastic particles. Results of the analytical and numerical modelling within the dimensionality reduction (MDR) method are presented. MDR allows describing a three-dimensional contact by a reduction to an equivalent problem in a one-dimensional space. We consider three cases: a collision between bodies without slipping (equivalent to an infinite coefficient of friction), with a finite coefficient of friction in the interface, and with the presence of adhesion, which is described in the JKR limit. In all the considered cases, proper dimensionless variables have been identified which fully characterize the collision process, and the functions determining the transformation of the state before the impact into the state after the impact has been determined numerically. By using these dimensionless variables, it is possible to calculate the velocity components and the angular velocity, and hence the trajectory of the ball after the collision, in case if analogous parameters are known before the collision. Theoretical results are compared with the available results, the experimental data show agree well with the experiments.

Еще

Список литературы Механика столкновений твердых тел: влияние трения и адгезии. II. Численное моделирование

  • 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.).