Page 117 - 摩擦学学报2025年第9期

第 9 期 张伟鑫, 等: 机械受压工况下软-硬作用界面的接触行为研究 1371

Captured images
d ≈ d max 2a ≈ 2a max
No more deformation t
2a PDMS
H 0
d R
W
d ↑, d > 0 2a ↑, 2a > 0

During deformation
2a PDMS
H 0
d

d ≈ 0 2a ≈ 0 W
Initial contact
PDMS
H 0
Point O d=0, 2a=0
R
Ceramic ball
Laser spot W
(a) Schematic diagram of contact diameter and indentation depth measurement

1 DIV=0.10 mm

Glass disc
60 70

60°
Test point 30 mm φ150 mm
2 mm
750 pixels

1 pixel ≈ 2.667 μm
PDMS film with 150 μm thickness
(b) Size calibration (c) Schematic diagram of multi-point measurement

Fig. 4 Schematic diagram of measurement method
图 4 测量方法示意图

由式(1)可知 a 与载荷 w成正比关系，图5(b)中有 薄膜的厚度和弹性模量这些参数有很大的关系.
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2条理论预测线，其中，上面那条直线的弹性模量取值 试验过程中注意到砝码加载后，接触直径2 a在持
为图2(c)中利用纳米压痕仪测量的PDMS薄膜的弹性 续加载期会随着时间的推移逐渐增大并最终趋于平
模量(3.921 MPa)，下面直线取值为K9玻璃盘的弹性模 衡，该过程表明PDMS薄膜呈现出典型的蠕变行为. 试
量(81 GPa)，发现测量值介于2条理论预测值之间，且 验过程中，对陶瓷球分别施加1、5、9、16 N的载荷，记
与纯PDMS基底表面的理论预测值相差很大，与K9玻 录每个载荷下接触直径2 a随时间的变化过程，得到
璃基底表面的预测值接近. 由此推测， PDMS表面的 2 a随时间变化的光学图像，如图6(a)所示，鉴于篇幅
变形和玻璃盘基底共同抵御法向施加载荷，即玻璃盘 有限仅呈现其部分图像. 其间，整个试验持续时间控
也对承载有较大的贡献，故接触表面变形量的测量值 制在300 s，接触直径2 a随时间的变化曲线如图6(b)所
大小更接近硬基底. 图5(b)中放大图显示 a 测量值与 示. 测量结果表明：PDMS薄膜的力学响应速度非常
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载荷近似呈现线性关系，但与玻璃基底的理论预测值 快，t=1 s后接触直径2 a基本达到动态平衡，故利用高
相差较大，推测下表面的弹性模量取值应为PDMS和 速相机系统捕获了1 s内PDMS薄膜发生变形并趋于接
玻璃基底的耦合弹性模量，但具体值的大小与PDMS 触稳定的过程. 变形区域大致分为超级快的变形区域