The focus of our study is a dynamic frictional contact model that involves a viscoelastic body and a conductive foundation. We use Coulomb’s law to describe the frictional behavior, while a normal compliance model is employed to simulate the contact. We formulate a variational formulation for the problem, and we establish the existence of its unique weak solution using the Banach fixed point theorem. We propose a fully discrete scheme, using the finite element method for the spatial approximation and the Euler scheme for the discretization of the time derivatives. The errors on the solutions are derived, and the linear convergence is obtained under suitable regularity hypotheses. Some numerical simulations are included to show the performance of method
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Математика
- УДК
- 51. Математика
Contact problems can be seen everywhere in mechanics, physics, and engineering applications. Some examples from automotive industry are contact between brake pads and rotors or between pistons and cylinders. Thermal effects in contact processes affect the composition and stiffness of the contacting surfaces, and cause thermal stresses in the contacting bodies [16]. Vice versa, the current temperature may influence the elastic material response. In some works different thermomechanical frictional problems were studied and developed, see, for instance, [2], [16] and the references therein. Besides the rigorous construction of various mathematical models of contact with thermal effects, the unique weak solvability of these models was proved by using arguments of variational and hemivariational inequalities
Список литературы
1. P. Alart, A. Curnier. A generalized Newton method for contact problems with friction // J. Mech. Theory Appl. 7:1, 67-82 (1988). https://hal.science/hal-01433772.
2. O. Baiz, H. Benaissa, R. Bouchantouf, D. El Moutawakil. Optimization problems for a thermoelastic frictional contact problem // Math. Model. Anal. 26:3, 444-468 (2021).
3. K. Bartosz, D. Danan, P. Szafraniec. Numerical analysis of a dynamic bilateral thermoviscoelastic contact problem with nonmonotone friction law // Comput. Math. Appl. 73:5, 727-746 (2017). DOI: 10.1016/j.camwa.2016.12.026
4. M. Bouallala, E.-H. Essoufi. Analysis results for dynamic contact problem with friction in thermoviscoelasticity // Methods Funct. Anal. Topol. 26:4, 317-326 (2020).
5. M. Campo, J.R. Fernández. Numerical analysis of a quasistatic thermoviscoelastic frictional contact problem // Comput. Mech. 35:6, 459-469 (2005). DOI: 10.1007/s00466-004-0635-4
6. O. Chau, D. Goeleven, R. Oujja. A non-clamped frictional contact problem with normal compliance // In “Advances in Variational and Hemivariational Inequalities. Advances in Mechanics and Mathematics”, W. Han, S. Migórski, M. Sofonea, M. (eds), 277-298 (2015). DOI: 10.1007/978-3-319-14490-0_11
7. G. Duvaut. Free boundary problem connected with thermoelasticity and unilateral contact // Free Boundary Problems 2, 217-236 (1979).
8. E.-H. Essoufi, M. Alaoui, M. Bouallala. Quasistatic thermo-electro-viscoelastic contact problem with Signorini and Tresca’s friction // Electron. J. Differ. Equ. 2019:05, 1-21 (2019).
9. W. Han, M. Shillor, M. Sofonea. Variational and numerical analysis of a quasistatic viscoelastic problem with normal compliance, friction and damage // J. Comput. Appl. Math. 137:2, 377-398 (2001). DOI: 10.1016/S0377-0427(00)00707-X EDN: ARZDEF
10. W. Han, M. Sofonea. Quasistatic Contact Problems in Viscoelasticity and Viscoplasticity. Amer. Math. Soc., Providence, RI (2002).
11. S. Migórski, A. Ochal, M. Sofonea. Nonlinear Inclusions and Hemivariational Inequalities. Springer, New York (2013).
12. A. Ochal, M. Jureczka. Numerical treatment of contact problems with thermal effect // Discr. Contin. Dyn. Syst. Ser. B 23:1, 387-400 (2018). DOI: 10.3934/dcdsb.2018027
13. Y. Ouafik. Numerical treatment of a thermoelastic contact problem // Eng. Appl. Sci. Lett. 6:1, 11-18 (2023). DOI: 10.30538/psrp-easl2023.0091
14. J. Pommier, Y. Renard. Getfem++: an open source generic C++ library for finite element methods // http://getfem.org (accessed 01.05.2023).
15. A. Seitz. Computational methods for thermo-elasto-plastic contact. Doctoral Dissertation, Technische Universität München (2019).
16. M. Shillor, M. Sofonea, J.J. Telega. Models and Analysis of Quasistatic Contact: Variational Methods. Springer, Berlin (2004).
17. M. Sofonea, W. Han. Evolutionary variational inequalities arising in viscoelastic contact problems // SIAM J. Numer. Anal. 38:2, 556-579 (2000). DOI: 10.1137/S0036142998347309
18. I. Ubero-Martínez, L. Rodríguez-Tembleque, J. Cifuentes-Rodríguez, J. Vallepuga-Espinosa. 3D thermoelastic solids under non-linear interface thermal and orthotropic frictional contact conditions // Int. J. Numer. Methods Eng. 123:11, 2631-2659 (2022). DOI: 10.1002/nme.6953
19. P. Wriggers. Computational Contact Mechanics. Wiley, Chichester (2002).
20. H. Xuan, X. Cheng, W. Han, Q. Xiao. Numerical analysis of a dynamic contact problem with history-dependent operators // Numer. Math. Theor. Methods Appl. 13:3, 569-594 (2020). DOI: 10.4208/nmtma.OA-2019-0130
Выпуск
Другие статьи выпуска
Статья посвящена исследованию задач о бифуркации циклов и о бифуркации на бесконечности для динамических систем с малым параметром, нелинейности которых содержат однородные полиномы четной или нечетной степени, а невозмущенное уравнение имеет континуум периодических решений. Предлагаются новые необходимые и достаточные условия указанных бифуркаций, получены формулы для приближенного построения бифуркационных решений, проведен анализ их устойчивости. Показано, что бифуркация циклов типична только для систем с однородностями нечетной степени, а бифуркация на бесконечности — только для систем с однородностями четной степени. Показана взаимосвязь этих бифуркаций с классической бифуркацией Андронова — Хопфа
Исследованы вопросы однозначной разрешимости задачи Коши для линейного регулярного интегро–дифференциального уравнения типа Герасимова в банаховом пространстве. Это позволило получить критерий корректности для соответствующей линейной обратной задачи с постоянным неизвестным коэффициентом в правой части. Абстрактные результаты использованы при рассмотрении прямой и обратной начально–краевых задач для класса уравнений с интегро–дифференциальным оператором типа Герасимова по времени и полиномами от оператора Лапласа по пространственным переменным, а также при изучении однозначной разрешимости задачи Коши и линейной обратной задачи для системы обыкновенных интегро–дифференциальных уравнений. Регулярное ядро интегрального оператора в рассмотренной системе является существенно операторнозначным и задает в уравнениях системы линейные комбинации различных интегро–дифференциальных операторов
В работе изучаются экстремальные задачи, связанные с наилучшим полиномиальным приближением аналитических в единичном круге функций в гильбертовом пространстве Бергмана
Рассматривается задача Коши для параболических дифференциально– разностных уравнений со множественными пространственными сдвигами в младших членах. Функция в начальном условии задачи полагается суммируемой. Решение задачи строится в форме свертки ядра параболического уравнения с начальной функцией. Исследуется поведение и гладкость решения и его производных при больших значениях времени
Исследуется линейный вольтерров интегро–дифференциальный оператор, который представляет собой одномерный волновой линейный дифференциальный оператор с частными производными, возмущенный интегральным оператором вольтеровой свертки. Функция ядра интегрального оператора представляет собой сумму дробно–экспоненциальных функций (функций Работнова) с положительными коэффициентами. Устанавливается, что носитель фундаментального решения исследуемого интегро–дифференциального оператора локализован в конусе распространения соответствующего одномерного волнового дифференциального оператора. Соответствующее вольтеррово интегро–дифференциальное уравнение описывает колебания одномерного вязкоупргугого стержня, процесс распространения тепла в средах с памятью (уравнение Гуртина — Пипкина) и имеет ряд других важных приложений
В работе доказана разрешимость задачи кратной интерполяции и, как следствие, задачи Абеля — Гончарова в ядре оператора свертки, когда нулевая последовательность характеристической функции оператора свертки и узловые точки, являющиеся нулями целой функции, лежат в некоторых углах комплексной плоскости, при этом узлы являются кратными
В работе изучается проблема разрешимости уравнения свертки (в частности, дифференциально–разностного уравнения) в пространстве Шварца на неограниченном выпуклом множестве R
Условие Линделёфа — первый пример нерадиального условия на распределение корней целых функций конечного целого порядка. Дальнейшее его развитие использовано в классической теореме Рубела — Тейлора. В ней также в качестве тестовых функций используются целые отрицательные степени комплексной переменной. Мы обобщаем условие Линделёфа, заменяя тестовые степенные функции на любые гармонические функции на концентрических кольцах. В частности, из этого обобщения легко получаем необходимость условий Линделёфа и в теореме Рубела — Тейлора.
В работе исследованы условия полноты системы корневых функций (СКФ) оператора
Изучаются интерполяционные последовательности в смысле Павлова — Коревара — Диксона (Ω–интерполяционные последовательности) и обобщения, а также аппроксимативные свойства систем экспонент с соответствующими показателями. Так, представляет интерес интерполяционная задача в классе целых функций экспоненциального типа, определяемом некоторой возрастающей мажорантой из класса сходимости (неквазианалитическим весом). В более узком классе, когда мажоранта обладала свойством вогнутости аналогичная задача в 1978 году была полностью решена Б. Берндсоном, но в случае, когда узлы интерполяции — натуральные числа. Он получил критерий разрешимости данной интерполяционной задачи. Соответствующий критерий для произвольной возрастающей последовательности положительных узлов недавно был получен Р. А. Гайсиным. Он же в 2021 году доказал соответствующий критерий интерполяционности (
В настоящей работе развивается теория степени для собственных отображений между гладкими орбифолдами одинаковой размерности. Определение степени для указанных отображений введено Паскотто и Ротом (2020). Нами предложено новое, более простое определение степени собственных отображений между гладкими ориентированными орбифолдами одинаковой размерности, и показано, что оно эквивалентно определению Паскотто и Рота. Используя новый подход, нами установлена связь между степенью отображения и интегрированием внешних форм на орбифолдах, что важно для физических приложений. Нами получена интегральная формула для степени отображения между орбифолдами, которая является обобщением соответствующей формулы для многообразий. Выявлена специфика степени отображения для компактных орбифолдов.
Исследуются обыкновенные дифференциальные уравнения второго порядка, которым удовлетворяют следующие специальные функции: функция Бесселя, гипергеометрическая функция, эллиптическая функция Вейерштрасса. Доказано, что все эти уравнения являются метризуемыми, в явном виде построены соответствующие метрики. Доказано, что во всех вышеперечисленных случаях уравнения геодезических допускают линейный по импульсам первый интеграл
Издательство
- Издательство
- УФИЦ РАН
- Регион
- Россия, Уфа
- Почтовый адрес
- 450054, Республика Башкортостан, Г.О. город Уфа, Пр-кт Октября, д. № 71
- Юр. адрес
- 450054, Республика Башкортостан, Г.О. город Уфа, Пр-кт Октября, д. № 71
- ФИО
- Мартыненко Василий Борисович (Руководитель)
- E-mail адрес
- presidium@ufaras.ru
- Контактный телефон
- +7 (347) 2356022
- Сайт
- http://www.ufaras.ru