建大新闻网讯    近期，由程福安教授带领的粉体工程技术团队与University of Exeter (埃克塞特大学)、北京大学共同合作在非线性复杂系统动力学领域国际顶级期刊Chaos, Solitons & Fractals（2024年影响因子5.3，中科院一区，Top期刊）上发表题为“Development of a contact force model with a fluid damping factor for immersed collision events（基于流体阻尼因子的浸入式碰撞接触力模型）”的论文。第一作者和通讯作者均为机电工程学院王庚祥副教授，西安建筑科技大学为该论文的第一完成单位。此外，粉体工程技术团队与University of Minho (米尼奥大学) Paulo Flores教授共同合作在国际期刊Applied Mathematical Modelling（影响因子4.4，中科院二区，Top期刊）上发表题为“An enhanced contact force model with accurate evaluation of the energy dissipation during contact-impact events in dynamical systems（一种改进的可准确计算碰撞过程中能量耗散的接触力模型研究）”的论文。第一作者为机电工程学院王庚祥副教授，程福安教授为通讯作者，西安建筑科技大学为该论文的第一完成单位。

本文针对流体中物理冲击力精确计算问题，该模型基于牛顿粘性流体的运动，针对浸没流体中的物理冲击，引入了一个耗散系数来描述由水动力引起的能量耗散，包括阻力、附加质量力和历史力；发展了一种新的具有流体阻尼因子的接触力模型，该模型可以准确地评估不可压缩流体介质中的碰撞行为；与现有的考虑粘性阻尼因子的接触力模型相比，考虑流体阻尼因子的接触力模型可以同时描述碰撞过程中固体接触体之间以及流体与固体之间的耦合关系。考虑流体对碰撞过程的影响，基于牛顿恢复系数的定义，推导了一种新的恢复系数，并通过与碰撞后的恢复系数进行对比，验证了新恢复系数的正确性。最后，通过水平一维颗粒链孤立波传播的参考解验证了该模型的合理性和正确性。

该研究以多体系统中常见的碰撞现象为研究背景，同时考虑碰撞行为在弹性范围内的非线性特征与弹塑性变形阶段的线性行为，分别提出了碰撞行为中非线性阶段与线性阶段对应的粘性阻尼因子，描述了不同接触阶段的能量损耗，该模型能够准确描述粘性阻尼在碰撞过程中所产生的能量耗散，并利用曲柄滑块机构与一维球链的实验结果验证了所提模型的正确性。该研究目的是分析基于频率依赖的粘性阻尼器系数来准确评估碰撞过程中的能量耗散的能力，在弹塑性和塑性接触阶段的阻尼力项中引入了两个关键的耗散系数，以补偿新粘性阻尼系数在推导过程中的误差；基于Hertz接触理论和量纲分析方法，结合ML模型的线性化弹塑性刚度，提出了一种新的带粘性阻尼器的接触模型。其次，利用两个球体的外部碰撞场景，对新的接触模型和现有的考虑粘性阻尼因子的接触模型进行了对比分析，证明了该接触力模型是计算碰撞能量损失最精确的粘性接触力模型。

王庚祥副教授目前为欧盟玛丽居里学者，主要研究方向为柔性多体系统动力学建模与仿真，包括接触碰撞、柔性变形与磨损预测等方面的研究。主持1项国家自然科学基金面上项目，已在Chaos, Solitons & Fractals, Mechanical System and Signal Processing, International Journal of Mechanical Sciences, Mechanism and Machine Theory, Applied Mathematical Modelling, ASME Journal of Mechanical and Robotics, Journal of Sound and Vibration, Journalof Tribology,力学学报与机械工程学报等国内外著名期刊发表文章30余篇，获得1项国际发明专利、11项国家发明专利和4项实用新型专利。2018年获得陕西省科学技术二等奖（排名第二），2019年获得陕西省优秀博士论文，2021年获得北京地区广受关注学术论文奖。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.chaos.2023.114292

https://doi.org/10.1016/j.apm.2024.06.034