Особенности динамики контактного взаимодействия флюидонасыщенного вязкоупругого тела с массивным линейно-упругим основанием

Ключевым свойством вязко-упругих материалов является их способность к эффективной диссипации энергии вибрационных и ударных механических нагрузок, которые имеют место как в машинах и механизмах, так и в биологических системах, например, в суставах конечностей при ходьбе. Особенно сложным и нелинейным является механическое поведение органических биологических материалов, составляющих мягкие ткани и кожный покров организмов человека и животных, а также (хотя и в меньшей степени) костные ткани. Такие материалы содержат жидкость в поровом пространстве и обладают проницаемой структурой, что позволяет жидкости перераспределяться в объеме материала и оказывать влияние на процессы релаксации и перераспределения локальных напряжений. Понимание общих закономерностей изменения эффективной жесткости вязкоупругих флюидонасыщенных тел (как биологических, так и технических, например, пористых резин) при динамическом контактном нагружении актуально для решения многих практически важных задач, включая интерпретацию показаний сенсорных устройств, экспресс-оценку механических свойств тканей организма, настройку управления взаимодействия между роботами и живыми мягкими тканями (в том числе для роботизированных операционных и телеуправления операциями), оптимизацию реологических характеристик вязкоупругих пористых демпферов, шин и т.д. Одной из актуальных проблем такого рода является динамическое контактное взаимодействие пористого насыщенного флюидом компактного вязкоупругого тела с массивным беспористым линейно-упругим телом, имитирующее нажатие естественного или искусственного «пальца» на плоскую поверхность «сенсора».
Научными сотрудниками лаборатории компьютерного конструирования материалов ИФПМ СО РАН теоретически исследованы закономерности изменения контактного давления при нормальном вдавливании вязкоупругого проницаемого тела в плоскую поверхность массивного линейно-упругого тела. Исследование проведено с использованием связанной модели проницаемых вязкоупругих материалов, реализованной в рамках метода однородно-деформируемых дискретных элементов. Показана возможность получения обобщенной зависимости контактного давления от времени и глубины вдавливания. Полученная единая зависимость позволяет, используя единственную диаграмму вдавливания компактного вязкоупругого тела в массивное основание с некоторой скоростью, прогнозировать динамику изменения контактного давления при использовании других вязкоупругих материалов индентора, упругих материалов основания и скоростей нагружения.
Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW-2021-0002.
Результаты исследования опубликованы в журнале Russian Physics Journal (IF: 0.179; Q4):
Shilko, E.V., Grigoriev, A.S. Stress relaxation-related features of dynamic contact interaction of viscoelastic fluid-saturated and elastic bodies. Russ Phys J (2025). https://doi.org/10.1007/s11182-025-03480-6