This work proposes a novel model and numerical formulation for lubricated contact problems describing the mutual interaction between two deformable 3D solid bodies and an interposed fluid film. The solid bodies are consistently described based on nonlinear continuum mechanics allowing for finite deformations and arbitrary constitutive laws. The fluid film is modelled as a quasi-2D flow problem on the interface between the solids governed by the averaged Reynolds equation. The averaged Reynolds equation accounts for surface roughness utilizing spatially homogenized, effective fluid parameters and for cavitation through a positivity constraint imposed on the pressure field. In contrast to existing approaches, the proposed model accounts for the co-existence of frictional contact tractions and hydrodynamic fluid tractions at every local point on the contact surface of the interacting bodies and covers the entire range from boundary lubrication to mixed, elastohydrodynamic, and eventually to full film hydrodynamic lubrication in one unified modelling framework with smooth transition between these different regimes. Critically, the model relies on a recently proposed regularization scheme for the mechanical contact constraint combining the advantages of classical penalty and Lagrange multiplier approaches by expressing the mechanical contact pressure as a function of the effective gap between the solid bodies while at the same time limiting the minimal gap value occurring at the (theoretical) limit of infinitely high contact pressures. From a physical point of view, this approach can be considered as a model for the elastic deformation of surface asperities, with a bounded magnitude depending on the interacting solids' surface roughness. A consistent and accurate model behavior is demonstrated and validated by employing several challenging and practically relevant benchmark test cases.


翻译:这项工作为润滑接触问题提出了一个新型模型和数字配方,描述两个变形的3D固态机体与一个插管流体膜之间的相互作用。 固态机体的描述一致, 以非线性连续体力力学为基础, 允许有一定的变形和任意的构成法。 流体胶片在由平均Reynolds方程式管理的固体界面上是一个准二维流动问题。 普通的Reynolds方程式计算表层粗糙度, 使用空间均匀、 有效流体参数, 并通过对压力场施加的正感力约束。 与现有方法相比, 提议用于在互动体面的每个地方点上使用摩擦感性接触力和流体动力流体流体流体流体流体流体流力牵引力的共存的模型账户, 覆盖从边界润滑度到混和流体、 流体动力流体动力流体流体流体流体流体流体流体流体流体流体流体流体, 在一个统一的模型统一模型框架中进行平稳过渡过渡。 关键, 模型可以依赖最近提出的机械接触机制调节机制调节机制调节制,,, 将经典和软质变形体积变形体积变体积基体积基体积基体积基体积基体积分法方法,,, 显示的精确的精确的精确度法则以显示度法法法法法法,,,, 以显示的深度差法系的深度差法系为持续压体压体接触压体压压法系 。

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