A numerical study of frictional contact

Abstract

Friction is a complex phenomenon resulting from elastic and plastic deformations coupled with molecular interaction along the contact boundary. When two surfaces touch, their roughness, and normal force determines the actual area under contact, governing the process of deformation and molecular interaction. A typical macroscopic interaction may involve millions of microscopic contacts and the aggregate of these forces give rise to the phenomenon of friction. In this thesis, our goal is to simulate the phenomenon of friction assuming unlubricated contact and elastic deformation at the contact asperities. We collect data by varying many parameters that affect friction between two surfaces and build a function approximator exploiting the correlation in data. Such an approximator is a computationally inexpensive, versatile and more accurate substitute for friction coefficient tables currently in use with various physically based simulators.La friction est un phénomène complexe résultant de déformations élastiques et plastiques couplées à une interaction moléculaire le long de la frontière de contact. Lorsque deux surfaces se touchent, leur rugosité et leur force normale déterminent la surface réelle en contact qui régit le processus de déformation et d'interaction moléculaire. Une interaction macroscopique typique peut impliquer des millions de contacts microscopiques, c'est l'agrégation de ces forces qui provoque le phénomène de friction. Dans cette thèse, notre objectif est de simuler le phénomène de frottement en supposant un contact non lubrifié ainsi qu'une déformation élastique aux aspérités de contact. Nous recueillons des données en faisant varier de nombreux paramètres qui affectent le frottement entre deux surfaces et construisons une approximation exploitant la corrélation des données. Un tel approximation est peu coûteux, polyvalent et plus précis que les tables de coefficients de frottement actuellement utilisées dans divers simulateurs physiques