橡胶与模型随机粗糙表面的法向接触与摩擦

我们报告了在光滑表面与具有球形微凸体统计分布的纹理基底之间形成的模型多接触界面的法向接触与摩擦测量结果。接触要么形成于刚性纹理透镜与光滑橡胶之间，要么形成于平坦纹理橡胶与光滑刚性透镜之间。通过成像微接触处透射的光，测量了实际接触面积 $A$ 与法向载荷 $P$ 的关系。对于这两种界面，发现 $A(P)$ 呈现出幂律行为的次线性关系。我们将结果与两个多凸体接触模型进行了比较，这两个模型通过考虑不同长度尺度上凸体间的弹性相互作用推广了 Greenwood-Williamson (J. Greenwood, J. Williamson, \textit{Proc. Royal Soc. London Ser. A} \textbf{295}, 300 (1966)) 模型，这首次实现了对它们的验证。我们发现，由名义表面曲率引起的长程弹性相互作用是 $A(P)$ 非线性的主要来源。在较短的范围内，且除了极低压力外，微接触的密度和面积对压力的依赖关系仍然可以用忽略凸体间任何相互作用的 Greenwood-Williamson 模型很好地描述。此外，在稳态滑动中，摩擦测量表明，在凸体尺度上的平均剪切应力系统性地大于在光滑透镜与橡胶宏观接触中发现的值。这表明在宏观长度尺度上测量的摩擦应力可能不能简单地直接转用于微观多接触界面。