Abstract This paper presents an analytical description of frictional contact hysteresis behavior between two flat rough surfaces in partial and gross slip. Couplings between shear and normal forces in the contact interface are included by considering spherical asperities in oblique contact. In the oblique contact, the relation between shear and normal interface forces is determined using asperities tangential friction forces and Hertzian normal contact forces. The Mindlin elastic spherical contact solution is modified in this study using the rod contact model leading to higher maximum tangential friction force and pre-slip limit compared to the classical solution. Based on the proposed modified Mindlin spherical contact solution, this paper develops a modified two rough interface (MTRI) model using the multi-asperity contact theory. The MTRI model provides accurate estimates of the contact interface behavior in an explicit form by including the oblique contact effects and the rod solution. In obtaining the hysteresis behavior of two flat rough interface contact, the contact regions associated with the pre-slip and sliding state at different tangential loading phases, i.e., virgin loading, unloading, and reloading, are determined. Then by the integration of pairs of asperities contact forces over the contacting regions at each state, restoring forces of contacting surfaces are obtained. The proposed MTRI model predictions are validated against experimental observations and found to be in good agreement.

中文翻译：

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考虑剪切和法向弹性变形耦合的改进粗糙界面模型

摘要 本文提出了在部分滑动和总滑动中两个平坦粗糙表面之间的摩擦接触滞后行为的分析描述。通过考虑倾斜接触中的球面粗糙度，包括接触界面中剪切力和法向力之间的耦合。在倾斜接触中，剪切力和法向界面力之间的关系是使用粗糙切向摩擦力和赫兹法向接触力确定的。Mindlin 弹性球面接触解决方案在本研究中使用杆接触模型进行了修改，与经典解决方案相比，导致更高的最大切向摩擦力和预滑动限制。基于提出的修正 Mindlin 球面接触解，本文使用多粗糙接触理论开发了修正的两粗糙界面 (MTRI) 模型。MTRI 模型通过包含斜接触效应和杆解，以显式形式提供接触界面行为的准确估计。在获得两个平面粗糙界面接触的滞后行为时，确定了与不同切向加载阶段（即原始加载、卸载和重新加载）下的预滑动和滑动状态相关的接触区域。然后通过在每个状态下对接触区域上的成对的凹凸接触力进行积分，获得接触表面的恢复力。所提出的 MTRI 模型预测已根据实验观察进行了验证，并且发现非常一致。在获得两个平面粗糙界面接触的滞后行为时，确定了与不同切向加载阶段（即原始加载、卸载和重新加载）下的预滑动和滑动状态相关的接触区域。然后通过在每个状态下对接触区域上的成对的凹凸接触力进行积分，得到接触面的恢复力。所提出的 MTRI 模型预测已根据实验观察进行了验证，并且发现非常一致。在获得两个平面粗糙界面接触的滞后行为时，确定了与不同切向加载阶段（即原始加载、卸载和重新加载）下的预滑动和滑动状态相关的接触区域。然后通过在每个状态下对接触区域上的成对的凹凸接触力进行积分，获得接触表面的恢复力。所提出的 MTRI 模型预测已根据实验观察进行了验证，并且发现非常一致。获得接触面的恢复力。所提出的 MTRI 模型预测已根据实验观察进行了验证，并且发现非常一致。获得接触面的恢复力。所提出的 MTRI 模型预测已根据实验观察进行了验证，并且发现非常一致。