基于微凸体的弹性名义平坦粗糙接触界面黏附摩擦统计模型
软凝聚态物质
2022-07-27 v1 经典物理
摘要
基于接触力学的名义平坦粗糙表面摩擦模型一直未能充分捕捉某些关键的实验观测现象，例如从静摩擦峰值向较低滑动摩擦水平的转变，以及在预滑动阶段（尤其对于软材料）观测到的剪切诱导接触面积减小。本文提出一种基于物理根源接触力学定律、描述单个接触结点微观力学的统计模型。该模型考虑光滑刚性平面与由随机独立球形微凸体构成的名义平坦线弹性粗糙表面之间的准静态切向加载直至完全滑动，并考虑了微观结点层面黏附与摩擦的耦合。该模型定性地再现了宏观剪切诱导接触面积减小，且显著地再现了静摩擦峰值，而无需显式引入两个不同的摩擦水平。它还揭示了静摩擦峰值与接触面积演化如何依赖于法向载荷以及某些关键微观尺度界面属性，如表面能、模态混合度与摩擦剪切强度。研究表明，“更坚韧”的界面（即具有更大表面能与更小模态混合度参数）会导致更大的真实接触面积与更显著的静摩擦峰值。总体而言，本工作提供了关于微凸体层面的关键微观属性如何与表面统计相结合以再现粗糙摩擦软接触实验中重要宏观响应的深刻见解。
引用
@article{arxiv.2207.12735,
title = {An asperity-based statistical model for the adhesive friction of elastic nominally flat rough contact interfaces},
author = {Yang Xu and Julien Scheibert and Nikolaj Gadegaard and Daniel M. Mulvihill},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.12735},
year = {2022}
}