橡胶摩擦对法向力或载荷的依赖性：理论与实验

在橡胶摩擦研究中，常观察到动摩擦系数 {\mu} 依赖于名义接触压力 p。我们讨论了 {\mu} 压力依赖性的几种可能起源：(a) 由于高名义挤压压力导致的接触面积（及摩擦力）饱和，(b) 非线性粘弹性，(c) 表面形貌的非随机性，特别是表面粗糙度轮廓偏度的影响，(d) 粘附，以及 (e) 摩擦热。我们表明，在大多数情况下，{\mu}(p) 关系中的非线性主要源于过程 (e)（摩擦热），它使橡胶软化、增加接触面积，并（在大多数情况下）降低粘弹性对摩擦的贡献。事实上，由于橡胶在时刻 t 的温度分布依赖于滑动历史（即依赖于较早时刻 t0 < t），时刻 t 的摩擦系数也将依赖于滑动历史，即严格来说它是一个时间积分算子。滑动接触固体间接触区域内的能量耗散可导致很高的局部温度，这可能强烈影响真实接触面积和摩擦力（以及磨损率）。橡胶在路面上的滑动速度高于 1 mm/s 时即属此情况。在文献 [14] 中，我们已推导出描述具有任意热性质固体的摩擦热的方程。本文将该理论应用于路面上的橡胶摩擦。给出了数值结果并与实验数据进行了比较。我们观察到计算与测量的温升之间具有良好的一致性。