УДК 531.8, 531.44, 528.5-531.7

 

The application of ultrasonic vibrations is an established procedure in industry in order to significantly reduce and control sliding friction. One of the main characteristics of this phenomenon is that, beyond a certain critical sliding velocity, the friction is no longer controllable-although oscillations are still being externally applied. In a previous series of related studies, closed-form solutions of the critical velocity have been derived with respect to pure elastic and specific viscoelastic models. In the present paper we present a universal formula of the critical velocity which is valid for arbitrary linear rheology. The derivation relies on the same theoretical basis of the previous studies, where the reduction of friction is ascribed to a stick-slip motion of the contact. Therefore, all previous results represent limiting and special cases of this universal equation. In the second part of this paper we pursue the numerical analysis of the previous studies by investigating the reduction of friction for a viscoelastic Kelvin material for the first time.

Keywords: ultrasonic vibration, macroscopic coefficient of friction, active control of friction, arbitrary linear rheology, critical velocity, viscoelastic contact

DOI 10.24411/1683-805X-2018-12009

 

Критическая скорость при контроле трения скольжения с помощью нормальных колебаний для произвольной линейной реологии

Ультразвуковые колебания широко применяются в промышленности с целью уменьшения и контроля трения скольжения. Одной из основных особенностей данного метода является невозможность контроля после достижения некоторой критической скорости скольжения несмотря на прикладываемое внешнее ультразвуковое воздействие. В предыдущих работах были получены аналитические решения/выражения для критической скорости в рамках чисто упругой и специфической вязкоупругой моделей. В настоящей работе приводится универсальная формула критической скорости, справедливая для произвольной линейной реологии. Уравнение получено на теоретической основе предыдущих исследований, где уменьшение трения происходит за счет прерывистого скольжения в контакте. В связи с этим, все предыдущие результаты представляют собой предельные и частные случаи полученного универсального уравнения. Во второй части статьи представлен численный анализ предыдущих исследований. Впервые изучено уменьшение трения для вязкоупругого материала Кельвина.

Ключевые слова: ультразвуковые колебания, макроскопический коэффициент трения, активный контроль трения, произвольная линейная реология, критическая скорость, вязкоупругий контакт

 

 

J.M. Zughaibi, F.H. Schulze, Q. Li  Critical velocity of controllability of sliding friction by normal oscillations for an arbitrary linear rheology // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 2. - С. 89-95