通过设计摩擦表面沟槽控制静摩擦

本研究对带有沟槽的粘弹性物体的摩擦进行了数值研究。一个在刚性基底上带有沟槽的三维粘弹性块在顶面均匀压力下从侧向缓慢推动。块与基底界面处的局部摩擦力服从阿蒙顿定律。采用有限元法获得的数值结果表明，静摩擦系数随沟槽宽度和深度的增加而减小。在整体滑动之前观察到前驱滑移的传播。此外，当缓慢前驱滑移的面积达到临界值时发生整体滑动，该临界值随沟槽尺寸增大而减小。基于简化模型的理论分析揭示，静摩擦系数与前驱滑移的临界面积相关，而该面积由前驱滑移的不稳定性决定。理论预测了临界面积的标度律，表明沟槽形成导致的有效粘度降低引起静摩擦系数减小。数值结果证实了理论预测的有效性。