粗糙表面无摩擦法向接触问题的优化算法

关于DMT近似法在粘接接触中的应用，以及对随机粗糙接触的评论

On the use of DMT approximations in adhesive contacts, with remarks on random rough contacts

粗糙表面之间的接触与粘附是一个非常困难的问题，和DMT理论的近似（忽略由于吸引力的变形），最初开发的非常小的半径的球形接触，正在收到一些新的兴趣。在球形接触的情况下，DMT近似导致对粘附力的极大高估，拔出时除外。对于圆柱形接触，相反的趋势被发现较大的接触面积。这些发现表明，在解决DMT模型的粗糙接触时要谨慎，除非Tabor参数真的很低。进一步的近似模型，如Pastewka和Robbins的近似模型，可以解释为仅适用于它们的参数范围内的误差消除的重合。

弹性自仿射曲面接触问题的有限元分析

Finite-element analysis of contact between elastic self-affine surfaces

本文用有限元方法研究了具有自仿射曲面的弹性固体之间的非粘性、无摩擦接触。我们发现，在小载荷下，总接触面积随载荷线性增加。接触区域的平均压力与载荷无关，与表面的均方根斜率成比例。比例常数几乎与泊松比和粗糙度指数无关，并且介于以前的分析预测之间。对接触形貌进行了分析。连接的接触区域具有分形面积和周长。发现区域簇$a_c$的概率随着$a_c^{-τ}$而下降，其中$τ$随着粗糙度指数的减小而增加。压力分布呈现指数尾，这在许多堵塞系统中也能发现。这些结果与简单的模型和实验进行了对比。

表面粗糙度的性质及其在接触力学、密封、橡胶摩擦和粘附中的应用

On the nature of surface roughness with application to contact mechanics, sealing, rubber friction and adhesion

表面粗糙度对许多重要现象有着巨大的影响。粗糙表面最重要的属性是表面粗糙度功率谱C（q）。我们目前的表面粗糙度功率谱的许多表面的实际意义，从表面高度轮廓测量使用光学方法和原子力显微镜。我们展示了功率谱如何确定两个固体之间的接触面积。我们还介绍了粗糙表面的密封，橡胶摩擦和粘附的应用，其中功率谱作为一个重要的输入。

接触粗糙表面间自由体积的演化

Evolution of the free volume between rough surfaces in contact

包括在接触的粗糙表面之间的自由体积控制穿过裂缝网络的流体/气体传输特性和密封中的泄漏/渗透现象。在这项研究中，一个基本的洞察自由体积的演变取决于平均平面分离，在实际的接触面积和施加的压力是在参考分形表面，其接触响应使用边界元法求解。特别注意的是表面分形维数和表面分辨率的预测结果的效果。对应于不同的阈值水平的自由体积域被发现显示分形空间分布，其边界的分形维数的理论推导。提出了一个基于自由体积概率分布函数的综合公式来综合解释数值观测的趋势。

粗糙接触的粗糙模型预测相对于最近的替代理论的意义

On the significance of asperity models predictions of rough contact with respect to recent alternative theories

最近，它已被证明，虽然粗糙模型显示正确的粗糙接触问题的定性特征（线性面积负载，负指数依赖的负载分离，这意味着也与负载的线性刚度），系数的精确值是不精确的高斯分布的高度的理想情况。这是由于内在的简化，忽略了粗糙聚结和相互作用的影响。然而，在许多情况下，高斯性的问题还没有得到证明或实验验证，在这里，我们表明，例如，假设微凸体高度服从威布尔分布，面积-荷载线性系数没有受到太大影响，而荷载-分离关系以及刚度-荷载关系确实发生了很大变化，特别是在考虑微凸体高度的有界分布时。建议在应用基于高斯假设的最复杂的粗糙接触模型之前，应在实验中进一步测试表面的高斯性。

具有波状粗糙度和浅凹陷的表面的粘附

Adhesion of surfaces with wavy roughness and a shallow depression

最近，McMeeking等人（Adv Eng Mat 12（5），389-397，2010）引入了一种简单而优雅的“凹坑”模型，以显示涉及具有浅凹陷的表面的可调粘合剂体系的机制。该系统显示，至少对于中间水平的粘性，外部压力可以切换系统到一个“强粘合剂”制度的完全接触，或到弱粘合和完全拉脱，类似于接触的表面与一个单一规模的周期性波纹。我们添加到这个模型的粗糙度的影响，在简单的形式轴对称的单尺度的波纹，允许一个非常详细的研究，我们表明，这会导致一个电阻跳到完全接触一方面（限制“强粘附”制度），和增强的拉脱和滞后从部分接触状态的其他（增强“弱粘附”制度）。我们表明，该系统只依赖于两个无量纲参数，取决于比的粘附功的能量，使凹陷或波纹变平，分别。该系统在中间状态下也变得对压力敏感，正如在真实的粘合剂粗糙系统中所观察到的那样。该模型显然是粗糙球体的Guduru模型（Guduru，JMPS，55，473- 488，2007）的镜像，其与Guduru模型共享假设连接的接触（裂纹）区域的分析的局限性，并且还用于显示凹陷到另外的周期性粗糙接触中的效果的目的，以理解具有多个粗糙度尺度的粘附。

考虑表面粗糙度和裂纹形核过程体积的微动裂纹萌生预测

A fretting crack initiation prediction taking into account the surface roughness and the crack nucleation process volume

本文提出了一种实验研究微动裂纹形核阈值，表示在加载条件下，与圆柱/平面接触。所研究的材料是一种广泛应用于航空航天领域的损伤容限铝合金。由于在工业问题中，表面质量往往是可变的，单向粗糙度的影响进行了研究，通过改变在微动实验中的计数器体的粗糙度。正如预期的那样，实验结果表明，接触粗糙度对裂纹成核条件有很大的影响。通过引入有效接触面积的概念，成功地获得了独立于所研究的粗糙度的裂纹成核边界。这表明，微动裂纹形核的研究材料可以有效地描述的接触内的局部有效载荷。采用Smith-Watson-Topper（SWT）参数对裂纹形核进行了解析预测，并对尺寸效应进行了研究和讨论。

A new analytical model for the contact of Gaussian rough surfaces

This paper advances an analytical incremental contact model for the purely elastic or elastic-perfectly plastic Gaussian rough surfaces. The contact is modelled by the accumulation of identical circular contacts with radius given by the total truncated area at varying heights divided by the contact patch number. The contact area-load relationship is derived analytically, showing approximate linearity for the contact fraction up to 10%. Good agreement is found between the new proposed model and the direct finite element simulations. To characterize the influence of plastic deformation, a dimens…

分形粗糙表面法向接触刚度的测量

Measurement of normal contact stiffness of fractal rough surfaces

研究了粗糙度和分形度对粗糙表面法向接触刚度的影响。被认为是各向同性粗糙的铝表面的样品。采用不同粒度的颗粒进行爆破处理，改变了表面粗糙度和分形维数。随后，对表面进行表面机械研磨处理（SMAT），以在微观尺度上对表面进行改性。的表面拓扑结构的特征在于基于干涉轮廓术。法向接触刚度测量通过纳米压痕与平坦的尖端利用部分卸载方法。我们重点建立表面刚度和粗糙度之间的关系，结合分形维数的影响。实验结果表明，在大范围的表面上，所测得的接触刚度与表面均方根斜率（RMS斜率）及其分形维数密切相关，相关系数约为90%，而接触刚度与RMS粗糙度之间的相关系数较弱，仅为57%.

粗糙球体的接触面积：大尺度模拟和简单的标度律

Contact area of rough spheres: Large scale simulations and simple scaling laws

我们使用分子模拟研究非粘性和粘性的原子尺度接触的粗糙球半径范围从纳米到微米超过十个数量级的施加法向载荷。在最低载荷下，界面力学由接触的第一个粗糙体的接触力学决定。接触面积对法向力的依赖性在中等载荷下变为线性，在最大载荷下变为赫兹。通过结合理论的名义上平坦的粗糙表面和光滑的球体的极限情况下，我们提供了无参数的分析表达式的接触面积在整个范围内的负载。我们的研究结果建立了一系列的有效性，共同的近似，忽略曲率或粗糙度在建模对象的尺度从原子力显微镜的提示，滚珠轴承。

粘弹性半空间轴对称压头的回弹压痕问题--降维法解

Rebound indentation problem for a viscoelastic half-space and axisymmetric indenter - Solution by the method of dimensionality reduction

将降维法推广到粘弹性半空间与任意轴对称刚性压头的轴对称无摩擦单向Hertz型接触问题，假设在整个压入过程中，任意时间方向上变化的圆形接触区域保持单连通.特别是，MDR被应用到详细研究所谓的回弹压痕问题，接触半径有一个最大值。结果表明，所获得的封闭形式的解析解的回弹压痕位移（记录在恢复阶段，当接触力消失）不依赖于压头的形状。

Measurement of real contact area for rough metal surfaces and the distinction of contribution from elasticity and plasticity

The measurement of real contact area between rough surfaces is one of most challenge problems in contact mechanics and is of importance to understand some physical mechanisms in tribology. Based on the frustrated total internal reflection, a new apparatus is designed to measure the real contact area. For brass samples with various surface topographies, the relation between normal load and real contact area is measured. Our experiments verify the linear relationship between load and real contact area during loading process. More importantly, the unloading process is firstly considered to distin…

Cylinder-flat contact mechanics with surface roughness

We study the nominal (ensemble averaged) contact pressure $p(x)$ acting on a cylinder squeezed in contact with an elastic half-space with random surface roughness. The contact pressure is Hertzian-like for $α< 0.01$ and Gaussian-like for $α> 10$, where the dimensionless parameter $α= h_{\rm rms}/δ$ is the ratio between the root-mean-square roughness amplitude and the penetration for the smooth surfaces case (Hertz contact).

粗糙度控制的摩擦起电主导干燥玻璃接触中的摩擦

Roughness-controlled Tribocharging Governs Friction in Dry Glass Contacts

通过实验证明，在干燥玻璃接触中，增加纳米尺度粗糙度可通过抑制摩擦电粘附来降低摩擦，颠覆了粗糙度增强摩擦的传统观念。

包括粗糙接触的一般接触的近似JKR解

An approximate JKR solution for a general contact, including rough contacts

在本说明中，我们提出了一个简单的封闭形式的近似解的粘接接触问题下，所谓的JKR制度。推导的基础上，推广了原始的JKR能量推导，假设计算的应变能在无粘性接触，并在恒定的接触面积卸载。基本假设是接触面积分布与无粘合剂条件下相同（对于适当增加的法向载荷），因此通常应力强度因子在所有接触边缘处不会完全相等。简单地说，压痕为D=D1-Sqrt（2 w A '/P”），其中w是表面能，D1是无粘合剂压痕，A'是接触面积的一阶导数，P”是载荷相对于压痕的二阶导数。该解只需要宏观量，而不是非常复杂的局部分布，并且在许多配置中是精确的，如轴对称接触。它还允许估计的完整解决方案的弹性粗糙固体与高斯多尺度的粗糙度，这是迄今为止缺乏，使用已知的adhesiveless简单的结果。该解决方案原来只取决于均方根振幅和表面的斜率，在分形极限，斜率将增长没有限制，往往无粘性的结果-虽然在这个限制的JKR模型是不合适的。然而，一个更可靠的结果是，对于粗糙度h_{rms}的大均方根幅度，该解决方案也将得到无粘合剂的结果，与小尺度细节无关，并且与常识和作者先前的模型一致。

Contact behaviour of simulated rough spheres generated with spherical harmonics

Normal contact behaviour between non adhesive fractal rough particles is studied using a finite element method (FEM). A series of spherical grain surfaces with distinguished roughness features are generated by means of Spherical Harmonics. These surfaces are described by two roughness descriptors, namely, relative roughness (Rr) and fractal dimension (FD). The contact behaviour of rough spheres with a rigid flat surface is simulated using FEM to quantify the influences of surface structure and sphere morphology by focusing on contact stiffness and true contact area. The dependence of normal co…

两种粗糙化晶体接触后的烧结行为

Sintering behavior of two roughened crystals just after contact

我们考虑两个球形的，粗糙的晶体与近似各向同性的表面自由能的接触，并开始烧结。我们认为，几何立即后接触是二维和笛卡尔，可以近似的槽形腔的演变。在此基础上，我们构造了体扩散和表面扩散动力学极限下晶体形状的行波解。这些解决方案，然后用于计算新的缩放的颈部尺寸作为时间的函数$t$接触后：我们预测，颈部尺寸是成正比的$t^{1/4}$的体积扩散有限的情况下，（以下一个单一的夹断事件）近似成正比的$t^{1/3}$的表面扩散有限的情况下。

粘合剂粗糙接触接近完全接触

Adhesive rough contacts near complete contact

最近，有一些争论的影响，附着力的接触粗糙表面。经典的粗糙理论预测，与实验观察一致，粘附总是被粗糙度破坏，除非相同的振幅非常小，并且材料特别柔软。所有分形维数都是如此。然而，这些理论是有限的，由于几何简化，这可能是特别强的条件下，接近完全接触。因此，我们引入一个简单的模型的粘附，其目的是严格的接近完全接触，我们假设只有两个机构之间的小隔离的差距。利用肯·约翰逊关于寻找全接触解的修正解的思想，可以将间隙视为“受压裂纹”。该解决方案是Xu，Jackson和Marghitu最近提出的无粘合剂解决方案（XJM模型）（2014）的扩展。这一过程似乎证实了最近的理论使用的JKR理论，即粘附的效果严重依赖于分形维数。对于D<2.5，包括绝大多数天然表面的情况，存在预期的强粘附效果。只有对于大的分形维数，D>2.5，似乎对于足够大的放大倍数，完全分形粗糙度完全破坏粘附。这些结果是部分自相矛盾的，因为除了在特殊情况下，在自然界中没有观察到强粘附。一个可能的出路的悖论可能是，该结论是相关的接近完全接触制度，在界面处的缺陷的强大的作用，和充满污染物的间隙，滞留的空气或液体的压力，需要进一步探讨。如果在加载时没有达到接近完全接触的条件，则经典粗糙体理论的结论可能得到证实。

Noncured Graphene Thermal Interface Materials: Minimizing the Thermal Contact Resistance

We report on experimental investigation of thermal contact resistance of the noncuring graphene thermal interface materials with the surfaces characterized by different degree of roughness. It is found that the thermal contact resistance depends on the graphene loading non-monotonically, achieving its minimum at the loading fraction of ~15 wt.%. Increasing the surface roughness by ~1 micrometer results in approximately the factor of x2 increase in the thermal contact resistance for this graphene loading. The obtained dependences of the thermal conductivity, thermal contact resistance, and the …

Exploring the effect of geometric coupling on friction and energy dissipation in rough contacts of elastic and viscoelastic coatings

We study the frictional behavior of both elastic and viscoelastic thin coatings bonded to a seemingly rigid substrate and sliding against a rough profile in the presence of Coulomb friction at the interface. The aim is to explore the effect of the coupling between the normal and tangential displacement fields arising from the finiteness of the material thickness and to quantify the contribution this can have on energy losses. We found that, due to normal-tangential coupling, asymmetric contacts and consequently additional friction are observed even for purely elastic layers, indeed associated …

周期性粗糙赫兹接触中的应力集中：赫兹到软平冲过渡

Stress concentration in periodically rough hertzian contact: Hertz to soft-flat-punch transition

我们报告的弹性接触之间的球面透镜和图案化的基板，由一个六角形晶格的圆柱形支柱。通过数值方法（离散格林函数叠加法和迭代对分法）得到了应力场和接触区的大小。对于小的压痕，从赫兹到Boussinesq-Cerruti-like行为的过渡被观察到时，由支柱覆盖的基板的表面分数增加。特别是，我们提出了一个主曲线定义的两个无量纲参数，它允许预测的应力在接触区域的中心的支柱所占据的表面分数。极限接触制度之间的过渡，赫兹和Boussinesq-Cerruti的，很好地描述了一个合理的功能。此外，一个简单的模型来描述之间的Boussines-Cerruti接触的镜头和一个单一的弹性支柱，它考虑到支柱的几何形状和两个机构的弹性性能，提出。