接触力学

接触力学是研究在一点或多点相互接触的固体变形的学科。 接触力学的一个主要区别是垂直于接触体表面作用的应力（称为法向应力）和在表面之间切向作用的摩擦应力（剪应力）。 正常接触力学或无摩擦接触力学侧重于由施加的法向力和紧密接触表面上存在的粘附力引起的法向应力，即使它们是清洁和干燥的。摩擦接触力学强调摩擦力的影响。

接触力学是机械工程的一部分。 该主题的物理和数学公式建立在材料力学和连续介质力学的基础上，侧重于涉及静态或动态接触中的弹性体、粘弹性体和塑性体的计算。 接触力学为技术系统的安全和节能设计以及摩擦学、接触刚度、电接触电阻和压痕硬度的研究提供必要的信息。 接触力学原理适用于机车轮轨接触、耦合装置、制动系统、轮胎、轴承、内燃机、机械联动装置、垫圈密封、金属加工、金属成型、超声波焊接、电接触等许多其他应用。 该领域当前面临的挑战可能包括接触和耦合构件的应力分析以及润滑和材料设计对摩擦和磨损的影响。 接触力学的应用进一步扩展到微米和纳米技术领域。

接触力学的原始工作可以追溯到 1881 年 Heinrich Hertz 发表的关于弹性固体接触的论文 (Ueber die Berührung fester elastischer Körper)。 赫兹试图了解多个堆叠透镜的光学特性如何随着将它们固定在一起的力而改变。 赫兹接触应力是指当两个曲面接触并在施加的载荷下轻微变形时产生的局部应力。 该变形量取决于接触材料的弹性模量。 它给出了作为法向接触力、两个物体的曲率半径和两个物体的弹性模量的函数的接触应力。 赫兹接触应力构成了轴承、齿轮和任何其他两个表面接触的物体的承载能力和疲劳寿命方程式的基础。

经典接触力学与海因里希·赫兹 (Heinrich Hertz) 的关系最为密切。 1882年，赫兹解决了两个曲面弹性体的接触问题。 这个仍然相关的经典解决方案为接触力学中的现代问题提供了基础。 例如，在机械工程和摩擦学中，赫兹接触应力是对配合零件内应力的描述。 赫兹接触应力通常是指接近两个不同半径球体接触区域的应力。

直到将近一百年后，Johnson、Kendall 和 Roberts 才为粘着接触的情况找到了类似的解决方案。 该理论被 Boris Derjaguin 及其同事拒绝，他们在 1970 年代提出了不同的粘附理论。

Derjaguin 模型后来被称为 DMT（在 Derjaguin、Muller 和 Toporov 之后）模型，而 Johnson 等人。 模型后来被称为 JKR（以 Johnson、Kendall 和 Roberts 命名）粘附弹性接触模型。 这种拒绝被证明有助于开发 Tabor 和后来的 Maugis 参数，这些参数量化了哪种接触模型（JKR 和 DMT 模型）更能代表特定材料的粘合接触。

二十世纪中叶接触力学领域的进一步进步可能归功于 Bowden 和 Tabor 等名字。 Bowden 和 Tabor 是xxx个强调表面粗糙度对于接触物体的重要性的人。 通过研究表面粗糙度，发现摩擦伙伴之间的真实接触面积小于表观接触面积。