我院程福安教授带领的粉体工程技术与装备团队与北京大学，北京理工大学，TU Dortmund University（Germany）合作共同在非线性复杂系统动力学领域国际顶级期刊Chaos, Solitons & Fractals（影响因子 9.922，SCI一区，Top期刊）上发表题为“Extension of dashpot model with elastoplastic deformation and rough surface in impact behavior（考虑碰撞行为中弹塑性变形与接触表面粗糙度的接触力模型研究）”的论文。第一作者为我院王庚祥副教授，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。

该研究以机械系统中常见的碰撞现象为研究背景，针对当前连续接触力模型在计算实际碰撞行为中的局限性（理想接触体的弹性碰撞行为）；基于分形理论考虑接触体的表面粗糙度，基于接触体的弹塑性本构方程考虑碰撞过程中的弹塑性变形；将现有的理想接触力模型拓展为具有普适性的迟滞接触力模型。这是我校在Chaos, Solitons & Fractals上发表的第一篇以研究接触碰撞行为的学术论文，实现了我校机电工程学院在接触力学方向发表国际顶级期刊论文的突破。

该研究基于Weierstrass-Mandelbrot分形函数描述了接触体的表面粗糙度，考虑碰撞过程中的弹塑性变形现象，将整个接触过程分为完全弹性、弹塑性与完全塑性三个阶段，利用接触体的弹塑性本构方程与面积密度分布函数推导了考虑表面粗糙度的接触体在不同接触阶段对应的接触刚度。

其次，基于碰撞过程中的能量和动量守恒，推导了不同接触阶段对应的迟滞阻尼因子；在此基础上，通过不同接触阶段对应的接触刚度与迟滞阻尼因子建立了更具普适性的连续接触力模型；研究了分形参数对接触刚度系数和新型接触力模型的影响，所提出的接触力模型可通过调节分形参数再现所有现有的迟滞接触力模型。

最后，仿真结果表明，所建立的接触力模型不仅体现了碰撞体的弹塑性本构特性，而且比现有的连续接触力模型具有更高的精度。通过垂直颗粒链的实验数据验证了该接触力模型的有效性和正确性，说明了新的接触力模型能够准确地描述颗粒链中孤立波的传播，并证明了接触表面粗糙度对冲击行为的影响不可忽视。

王庚祥副教授主要研究方向为柔性多体系统动力学建模与仿真，包括并联机构的构型综合、接触碰撞、柔性变形与磨损预测等方面的研究。在多体系统动力学与碰撞行为研究方面，王庚祥副教授主持1项国家自然科学基金面上项目，参与1项国家重点项目与3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, 力学学报与机械工程学报等国内外著名期刊发表文章26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.2022.112402