劉楷安，徐穎強，吳正海，李萬鐘

(西北工業(yè)大學 機電學院，西安 710072)

粗糙表面的接觸行為對摩擦、磨損、潤滑、密封和傳熱等具有重要的影響，已經(jīng)成為摩擦學中重要的研究課題之一[1]。接觸問題的加卸載現(xiàn)象，引起接觸載荷、接觸面積和變形量的非線性變化，并對接觸表面形貌參數(shù)與接觸力學性能產(chǎn)生重要的影響。如何解決單個微凸體力學行為與真實接觸表面加卸載接觸特性的內在聯(lián)系非常必要。因此，本文針對粗糙表面加卸載接觸問題，研究其接觸特性與形貌參數(shù)演變具有重要的意義。

目前，國內外學者對粗糙表面的表征方法與接觸分析做了大量的研究。在理論解析模型方面，先后構建了GW模型[2]、W-A模型[3]、CEB模型[4]、MB模型[5]等，這些模型均依賴于一定的假設條件，如微凸體具有相同的曲率半徑、微凸體發(fā)生小變形且相互獨立、忽略材料的非線性特點等。上述模型的假設條件與簡化處理在一定程度上影響了粗糙表面接觸分析的準確性，因此采用有限元數(shù)值模擬成為一種有效的方法。Kogut等[6-7]采用有限元法對剛性平面與彈塑性球體接觸進行了數(shù)值模型。Kogut和Jackson分別表征了剛性平面與微凸體接觸彈塑性變形機制，已成為粗擦表面接觸理論分析的基礎而被廣泛使用。Sellgren等[8]建立粗糙表面接觸有限元模型，分析了表面粗糙度、微凸體曲率半徑等參數(shù)對接觸面積與應力分布狀態(tài)的影響。Sellgren建立的分析模型為剛性球體與不同等級的粗糙表面接觸，與真實的粗糙表面接觸存在一定的距離，但是其分析方法具有一定的借鑒意義。李輝光等[9]建立有限元模型，研究微元體粗糙表面的接觸特性。肖會芳等[10]將有限元模型與動力學方程結合，研究分形粗糙表面的界面接觸振動與能量耗散問題。Yan等[11]提出了三維分形力學理論，采用數(shù)值方法建立了平均接觸壓力、接觸面積與平均表面分離距離之間的關系。Sahoo等[12]根據(jù)W-M分形函生成粗糙表面形貌數(shù)據(jù)，建立分形表面與剛性平面接觸有限模型，分析彈性接觸過程中分形參數(shù)對接觸面積、變形量的影響。文獻[9-12]采用有限元法，建立了精確的數(shù)值求解模型，對接觸剛度、動力學問題以及接觸特性進行了研究。Yan和Sahoo結合分形理論，采用實驗與數(shù)值模擬的方法，對加載過程的接觸特性進行了研究，給出的分形參數(shù)被眾多學者建模分析引用。

粗糙表面加卸載接觸特性的研究文獻相對較少，主要集中在理論分析與單個微凸體的加卸載特性研究。陳建江等[13]基于分形理論建立了粗糙表面接觸加卸載解析模型，獲得加卸載過程中粗糙表面接觸面積與接觸載荷之間的關系。Etsion等[14]采用有限元法研究剛性平面與球體彈塑性接觸的加卸載過程，給出了接觸載荷、接觸面積與變形量的量綱一表達式。Etsion建立的加卸載過程微凸體變形機制成為研究粗糙表面加卸載特性的基礎。文獻[15-16]分析了彈塑性球體和剛性平面黏結接觸的加卸載接觸特性。Kadin等[17]提出一種粗糙表面彈塑性接觸卸載的統(tǒng)計學模型，分析卸載后粗糙表面的殘余形貌并給出粗糙表面高度分布函數(shù)。陳建江和Kadin的模型都是建立在Etsion模型的基礎上，分別研究了分形模型和統(tǒng)計模型的加卸載特性。Etsion模型中微凸體的最大變形量為臨界變形量的110倍，上述兩個模型都未考慮微凸體間的相互影響與超出最大變形量的接觸行為。

綜上所述，對于粗糙表面彈塑性接觸問題，研究者大多基于統(tǒng)計學或分形理論從單個微凸體拓展到整個粗糙表面進行研究，采用的方法則是基于Kogut和Etsion提出的微凸體變形機制，往往存一定的局限性。本文基于分形理論和彈塑性理論，對分形粗糙表面進行數(shù)字化表征并建立精確的有限元模型，探討加卸載過程中分形參數(shù)對接觸面積、變形量和表面形貌的影響，并從分形參數(shù)和能量角度揭示上述演變行為的內在機理，對進一步研究粗糙表面接觸力學性能和界面載荷傳遞效率與增強機理具有重要的意義。

1 基本理論

兩個粗糙表面的接觸問題，可以用一個等效的粗糙表面與剛性平面接觸來替代。如圖1所示，以粗糙表面微凸體平均高度線為基準，z表示微凸體峰頂?shù)母叨?，d表示剛性平面相對基準的距離。

圖1 粗糙表面接觸狀態(tài)示意圖

剛性平面由位置1變化到位置2，粗糙表面微凸體的接觸狀態(tài)與卸載規(guī)則取決參數(shù)z與d的大小，即加卸載過程中粗糙表面上不同高度的微凸體接觸狀態(tài)不同。區(qū)域Ⅰ微凸體產(chǎn)生彈塑性變形，卸載時出現(xiàn)彈塑性變形或完全塑性變形；區(qū)域Ⅱ微凸體為完全彈性變形，卸載時微凸體輪廓恢復到加載前的初始狀態(tài)；區(qū)域Ⅲ微凸體未發(fā)生接觸，不產(chǎn)生接觸力，若不考慮微凸體之間的相互影響，則該區(qū)域微凸體不影響剛性平面與粗糙表面間的接觸行為。

1.1 單微凸體加卸載模型

粗糙表面接觸的加卸載過程是一個高度復雜的非線性問題，以下給出單個微凸體的加卸載模型。如圖2所示，P為剛性平面載荷，ω和a為微凸體接觸變形量和接觸半寬；ωmax和amax為完全加載時最大接觸變形量和最大接觸半寬；ωres為完全卸載時殘余接觸變形量；R為微凸體峰頂原始曲率半徑；Rres為完全卸載殘余輪廓峰頂曲率半徑。

圖2 微凸體加卸載變形示意圖

如圖2所示，隨著剛性平面載荷的增加，微凸體依次經(jīng)歷完全彈性變形、彈塑性變形和完全塑性變形等三種接觸狀態(tài)[18]。當微凸體出現(xiàn)初始屈服點時，其對應的臨界變形量、接觸載荷及接觸面積分別為：

(1)

(2)

Ac=πRωec

(3)

式中：K為硬度系數(shù)，與材料的泊松比v有關，且有K=0.454+0.41v；H為較軟材料的硬度；E′為等效彈性模量，且有E′=E/(1-ν2)，E為微凸體材料的彈性模量。

1.1.1 彈性接觸

當接觸變形量ω<ωec時，由Hertz理論[19]，微凸體發(fā)生完全彈性變形，接觸載荷和接觸面積分別為：

(4)

單個微凸體卸載規(guī)則：發(fā)生完全彈性變形的微凸體卸載后恢復到初始狀態(tài)，即峰頂曲率半徑和高度與加載前完全一致。

1.1.2 完全塑性接觸

當接觸變形量ω>ωpc時，微凸體發(fā)生完全塑性變形，Kogut等給出ωpc的值為：

ωpc=110ωec

(5)

在此階段，微凸體發(fā)生完全塑性變形，接觸載荷和接觸面積為：

P′=2πRωH,A′=2πRω

(6)

單個微凸體卸載規(guī)則：不考慮微凸體的相互影響，發(fā)生完全塑性變形的微凸體卸載時，微凸體輪廓與完全加載時一致。

1.1.3 彈塑性接觸

當接觸變形量ωec≤ω≤ωpc，微凸體發(fā)生彈塑性變形，Etsion等研究表明微凸體接觸狀態(tài)分為兩個階段：當ωec≤ω≤6ωec，微凸體變形屬于第一彈塑性階段；當6ωec≤ω≤110ωec，微凸體變形屬于第二彈塑性階段。經(jīng)數(shù)值模擬與曲線擬合，彈塑性接觸的接觸載荷和接觸面積分別為：

(7)

(8)

卸載過程中的接觸載荷和接觸面積分別為：

(9)

(10)

(11)

微凸體峰頂原始曲率半徑R和完全卸載輪廓峰頂曲率半徑Rres關系為：

(12)

(13)

(14)

如圖3所示，彈塑性接觸微凸體在加卸載過程中，量綱一殘余變形量隨最大變形量非線性增加，量綱一殘余輪廓半徑與最大變形量呈線性關系。

圖3 卸載輪廓參數(shù)與最大變形量關系

1.2 Prandtl-Reuss(P-R)塑性理論

分形粗糙表面接觸發(fā)生彈塑性變形，有限元模型基于Prandtl-Reuss本構關系進行求解。在P-R塑性理論中，體積應變是彈性的，塑性區(qū)域的應變增量可分為彈性部分和塑性部分，塑性的應變公式為：

Δε=Δεe+Δεp

(15)

式中：Δεe為彈性應變增量;Δεp為塑性應變增量。

彈性部分滿足Hook定律，則彈性應變增量為:

Δεe=De-1Δσ

(16)

式中：De-1為材料的彈性矩陣;Δσ應力增量。

塑性部分滿足關聯(lián)流動規(guī)律，則有：

(17)

式中：Y為加載面;dλ為關聯(lián)塑性參數(shù)。

對于Mises屈服材料，應力增量與應變增量的關系式為：

Δσ=DepΔε

(18)

式中：Dep為彈塑性矩陣，且有

(19)

式中：I為單位矩陣;σM為Mises屈服強度;Hp為單軸應力與塑性應變曲線的斜率。

顯然，彈性與塑性的應力應變關系有：

Δσ=DΔε

(20)

式中：D為彈塑性系數(shù)，在彈性區(qū)域D=De，在塑性區(qū)域D=Dep。

由彈塑性力學可知，彈性應變能密度和塑性應變能密度分別為：

(21)

(22)

將彈性應變能密度和塑性應變能密度對整個體積積分可以得到彈性應變能和塑性應變能，其和為總應變能，可以表述為：

(23)

式中：W為總應變能;We為彈性應變能;Wp為塑性應變能;V為體積。

2 粗糙表面數(shù)字化表征

基于分形理論，Yan和Komvopoulos提出了修正Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函數(shù)用于三維分形表面的描述，其表達式為：

(24)

式中：z(x,y)為粗糙表面輪廓高度;L為樣本長度;Ls為截斷長度;D為分形維數(shù)(21)縮放參數(shù)；n為頻率因子，且nmax=int[log(L/Ls)/logγ]；M為分形表面的脊線數(shù)；φm,n為[0 2π]的隨機相位。

根據(jù)Yan等的實驗研究，分形粗糙表面參數(shù)分別取D=2.5，G=1.36×10-12m，L=9×10-7m,Ls=1.5×10-7m,M=10，γ=1.5，結合公式(24)，采用Matlab軟件編程生成點云數(shù)據(jù)構造三維分型表面，如圖4所示。

3 有限元模型

采用APDL編程處理點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過Coons patch曲面擬合與布爾運算，生成三維分形粗糙表面實體，由粗糙表面最高點確定剛性平面Z向位置，建立接觸有限元模型，如圖5所示。定義單元類型為8節(jié)點Solid185單元，該單元具有計算超彈性、應力強化、大變形和大應變的能力。選擇雙線性等向強化非線性材料，材料屬性見表1。采用von Mises屈服準則判斷彈性變形和塑性變形間的轉變，通過Prandtl-Reuss本構關系控制塑性區(qū)域的應力應變狀態(tài)。將剛性平面定義為目標面，金屬體粗糙面定義為接觸面，使用TARGE170和CONTA174單元建立面-面接觸對。金屬體下表面添加全約束，剛性平面通過控制節(jié)點約束且僅具有Z方向自由度。接觸算法采用增廣Lagrange算法，可以有效地控制表面之間的穿透，設置力的收斂準則為0.001。通過控制節(jié)點施加載荷，其數(shù)值隨求解載荷子步按斜坡曲線依次遞增，最大載荷步和最小載荷步為200和10。

圖4 三維分形粗糙表面

表1 粗糙表面材料屬性

圖5 分形表面接觸有限元模型

4 接觸特性分析

4.1 加卸載特性

根據(jù)Yan等的實驗數(shù)據(jù)，選擇分形維數(shù)D的范圍為2.4～2.7，尺度參數(shù)G的范圍為1.36×10-13m～1.36×10-10m。設置2個分析條件研究分形參數(shù)對加卸載接觸特性的影響。條件1：施加載荷F=4×10-4N，尺度參數(shù)為G=1.36×10-12m，分形維數(shù)為變量；條件2：施加載荷F=4×10-4N，分形維數(shù)為D=2.5，尺度參數(shù)為變量。

圖6顯示，加卸載過程中，接觸面積隨接觸載荷非線性遞增，非線性程度與分形維數(shù)與接觸行為有關。在相同載荷下，隨著分形維數(shù)的增加，接觸面積依次遞增且存在明顯的差異，例如，分形維數(shù)D=2.7～2.5的最大接觸面積分別是D=2.4的12.25、5.45、2.53倍。在卸載過程中，接觸面積相比加載過程存在一定的遲滯現(xiàn)象，即出現(xiàn)相同的接觸面積，卸載時的載荷比加載時小，與Kadin等的結論一致。

圖6 量綱一接觸面積與載荷關系(G=1.36×10-12 m)

Fig.6 Dimensionless contact area versus dimensionless load for varyingDatG=1.36×10-12m

圖7顯示，變形量在加卸載過程中隨接觸載荷的增加非線性遞增。隨著分形維數(shù)的增加，變形量則依次遞減，例如，分形維數(shù)D=2.4～2.6的最大變形量分別是D=2.7時的10.64、4.58、2.10倍。殘余變量是指卸載后剛性平面相對于加載初始位置的變形量。圖7顯示，分形維數(shù)越大最大變形量越小，殘余變形量越小，如D=2.4～2.6的殘余變形量是D=2.7的13.94、5.43、2.222倍。對比圖3可知，分形表面殘余變形量與最大變形量間關系與單個微凸體的規(guī)律一致。

圖7 量綱一變形量與載荷關系(G=1.36×10-12 m)

Fig.7 Dimensionless displacement versus dimensionless load for varyingDatG=1.36×10-12m

圖8顯示，不同尺度參數(shù)的粗糙表面，接觸面積隨載荷非線性增加，其非線性程度與尺度參數(shù)有關。相同載荷下，隨著尺度參數(shù)的增加，接觸面積逐漸減小，例如，分形維數(shù)G=1.36×10-13m～1.36×10-11m的最大接觸面積分別是G=1.36×10-10m的10.42、5.99、2.66倍。由分形理論可知，尺度參數(shù)越小表面則越光滑，更多的表面微凸體進入完全塑性階段，則接觸面積與接觸載荷的非線性程度變弱，與公式(6)反映的規(guī)律一致。

圖8 量綱一接觸面積與載荷關系(D=2.5)

Fig.8 Dimensionless contact area versus dimensionless load for varyingGatD=2.5

圖9顯示，在加卸載過程中，變形量隨載荷非線性增加，不同尺度參數(shù)分線性程度差異明顯。隨著尺度參數(shù)的增加，變形量及殘余變形量都逐漸增加，例如，尺度參數(shù)G=1.36×10-10m～1.36×10-12m的最大變形量分別是G=1.36×10-13m的11.57、4.80、2.26倍。尺度參數(shù)G=1.36×10-10m～1.36×10-12m的殘余變形量分別是G=1.36×10-13m的14.08、5.27、2.55倍。

圖9 量綱一變形量與載荷關系(D=2.5)

Fig.9 Dimensionless displacement versus dimensionless load for varyingGatD=2.5

對比圖6～圖9，不同分形參數(shù)的粗糙表面卸載過程中，接觸面積和變形量相對加載過程存在一定的遲滯現(xiàn)象，其程度與接觸面積和變形量的最大值正相關。圖6、圖8顯示，加載過程接觸面積與載荷近似線性關系，卸載非線性更為明顯。卸載時，粗糙表面微凸體的接觸狀態(tài)可認為是卸載表面加載完全彈性接觸的逆過程[14]，即卸載過程為彈性接觸。圖7、圖9顯示，分形維數(shù)越大，尺度參數(shù)越小，變形量與載荷近似線性關系，反映的表面接觸剛度越大，接觸表面具有更好的加卸載特性，與Sahoo等的結論一致。

4.2 表面形貌演變規(guī)律

針對粗糙表面形貌參數(shù)的隨機性特點，采用概率密度函數(shù)研究分形表面加卸載過程形貌參數(shù)演變是一種有效的方法。同時，分形參數(shù)的多樣性也導致確定分形表面高度分布類型存在一定的難度。在此，采用適于處理未知密度函數(shù)的核密度估計法(Kernel density estimation)建立不同接觸狀態(tài)表面形貌高度參數(shù)的概率密度函數(shù)。由圖1可知，粗糙表面接觸引起區(qū)域Ⅰ、區(qū)域Ⅱ內的微凸體高度發(fā)生變化，而區(qū)域Ⅲ的高度不受影響。在概率密度函數(shù)曲線上，接觸區(qū)域微凸體對應的高度區(qū)間及相鄰區(qū)間在加卸載過程中會發(fā)生變化，而遠離接觸區(qū)域的高度區(qū)間則不發(fā)生改變。因此，概率密度函數(shù)蘊含著加卸載過程中表面形貌參數(shù)演變信息。取原始表面法向高度的平均值作為參考值，對上述原始表面、加載表面、卸載表面的形貌高度參數(shù)進行量綱一化。

圖10顯示，分形維數(shù)不同的表面，其高度參數(shù)的概率密度函數(shù)曲線之間存在很大差異。相同載荷下，隨著分形維數(shù)增大，接觸行為對表面形貌高度的影響區(qū)域增大。分形維數(shù)D=2.4，概率密度函數(shù)曲線只在右側發(fā)生局部改變。對應初始、加載、卸載接觸狀態(tài)的偏態(tài)值為-0.11，-0.22，-0.18，峰態(tài)值為1.97，1.91，1.92；分形維數(shù)D=2.7，概率密度函數(shù)曲線整體發(fā)生較大變化，偏態(tài)值分別為0.11，-0.64，-0.20，峰態(tài)值為2.11，3.03，2.27。由分形理論可知，分形維數(shù)越大反映粗糙表面形態(tài)越密集，即微凸體的數(shù)量多。分形維數(shù)較小時，發(fā)生接觸行為的微凸體數(shù)量較少，而其余的微凸體未發(fā)生改變，在概率密度函數(shù)曲線上體現(xiàn)為局部發(fā)生變化，反之亦然。

(a) D=2.4

(b) D=2.5

(c) D=2.6

(d) D=2.7

圖10 不同分形維數(shù)表面高度概率密度函數(shù)(G=1.36×10-12m)

Fig.10 Probability density function of surface height with different fractal dimension (G=1.36×10-12m)

圖11顯示，尺度參數(shù)不同，表面高度的概率密度函曲線存在很大的差異。加卸載過程中，隨著尺度參數(shù)的增大，概率密度函數(shù)曲線變化程度逐漸減弱。尺度參數(shù)取較小值時，不同接觸狀態(tài)的概率密度函數(shù)曲線差異更為明顯。例如：尺度參數(shù)G=1.36×10-13m的偏態(tài)值分別為0.11，-0.47，-0.22，峰態(tài)值分別為2.06，1.99，1.92；尺度參數(shù)G=1.36×10-10m的偏態(tài)值分別為0.16，0.06，0.09，峰態(tài)值分別為2.27，2.14，2.17。與分形參數(shù)的影響不同，尺度參數(shù)只是不同程度改變概率密度函數(shù)曲線右側，即表面高度較大的區(qū)域。由分形理論，尺度參數(shù)為表面的特征長度參數(shù)，只反映分形表面映幅值的大小，不影響微凸體的空間密度。因此，在尺度參數(shù)變化時，接觸行為只影響到數(shù)量較少的微凸體。

(a) G=1.36×10-13 m

(b) G=1.36×10-11 m

(c) G=1.36×10-10 m

圖11 不同尺度參數(shù)表面高度概率密度函數(shù)(D=2.5)

Fig.11 Probability density function of surface height with different scale parameters (G=1.36×10-12m)

通過對有限元模型結果的處理，統(tǒng)計加卸載過程中粗糙表面形貌數(shù)據(jù)，計算分形參數(shù)變化時不同接觸狀態(tài)的表面粗糙度。表2為粗糙表面加卸載過程中，不同分形維數(shù)和尺度參數(shù)對表面粗糙度的影響。ΔL表示加載表面相對初始表面粗糙度變化的絕對值，ΔU表示卸載表面相對于加載表面粗糙度變化值。

表2 分形參數(shù)對粗糙度的影響

由表2可知，隨著分形維數(shù)的增加與尺度參數(shù)的減小，粗糙表面則越光滑。在相同載荷作用下，隨著表面粗糙度的減小，加卸載過程中粗糙度值的變化量越小。顯然，表面粗糙度的變化，能夠反映了粗糙表面加卸載特性。當尺度參數(shù)G=1.36×10-12m，分形維數(shù)G=2.4～2.7時，卸載與加載狀態(tài)粗糙度相對變化比值ΔU/ΔL分別是0.40、044、0.47、0.91。當分形維數(shù)D=2.5，尺度參數(shù)G=1.36×10-13m～1.36×10-10m時，卸載與加載狀態(tài)粗糙度相對變化比值ΔU/ΔL分別是0.49、0.44、0.43、0.34。結合4.1接觸特性分析，可知ΔU/ΔL比值越大，反映卸載過程中彈性恢復能力越強，表面具有更好的加卸載特性。保持尺度參數(shù)不變，分形維數(shù)D大于2.6時，分形表面加卸載性能快速提升；分形維數(shù)不變，尺度參數(shù)小于G=1.36×10-13m時，分形表面具有更好的加卸載特性。

4.3 應變能變化

加卸載過程中，伴隨著接觸參數(shù)與表面形貌的改變，金屬體發(fā)生彈塑性變形，其應力狀態(tài)應也隨著接觸狀態(tài)的不同而發(fā)生改變。圖12為粗糙表面在加載和卸載狀態(tài)下，分形表面的Von Mises應力在Z軸的投影。顯然，其應力狀態(tài)與粗糙表面微凸體的高度與接觸狀態(tài)有關。結合4.1定義的條件，分析分形參數(shù)改變時不同接觸狀態(tài)應變能的變化規(guī)律。為便于分析，做量綱一化處理：以加載時最大應變能為參考值，將加載應變能和卸載應變能量綱一化。應變能變化是指卸載應變能相對加載應變能的變化量，采用對應的加載應變能作參考值進行量綱一化。

(a) 原始表面

(c) 卸載表面

圖12 接觸表面Von Mises應力分布(D=2.5,G=1.36×10-12m)

Fig.12 Von Mises stress distribution on contact surfaces (D=2.5,G=1.36×10-12m)

圖13顯示，加載應變能和卸載應變能隨分形維數(shù)增加而減小，隨尺度參數(shù)的增加而增加，而應變能變化量則與之相反，其變化范圍為0.3～0.55。對比圖7，圖9可知，相同載荷作下，金屬體的加載應變能和卸載應變能主要取決于變形量和殘余變形量的值。表面越粗糙，變形量越大，則加載應變能、卸載應變能和能量耗散越大，反之亦然。顯然，相同載荷下，光滑表面加載應變能和卸載應變能更小，且能量耗散少，同時，卸載時相對于加載應變能的變化量更大，即能量釋放能力更強。

(a) 分形維數(shù)變化

(b) 尺度參數(shù)變化

圖13 應變能與分形參數(shù)關系

Fig.13 The relationship between strain energy and fractal parameters

5 結 論

(1) 分形粗糙表面與剛性平面接觸，分形表面和尺度參數(shù)對接觸面積和變形量存在較大的影響。分形維數(shù)卸載過程中，接觸面積和變形量相比加載過程存在一定的遲滯現(xiàn)象，其程度與接觸面積和變形量的最大值正相關。

(2) 隨著分形維數(shù)增大，接觸行為對表面形貌的影響增強；隨著尺度參數(shù)的增加，接觸行為對表面形貌的影響減弱；相比分形維數(shù)，尺度參數(shù)僅影響局部表面高度參數(shù)。分形維數(shù)D大于2.6時，尺度參數(shù)G小于G=1.36×10-13m，分形表面具有更好的加卸載性能。

(3) 從能量角度進一步揭示了光滑表面具有更好接觸性能和傳遞效率的機理。即相同載荷下，表面越光滑，加卸載過程應變能和能量耗散越小，且卸載過程中應變能的相對變化量大。