Page 118 - 摩擦学学报2025年第9期

1372 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

Contact-like and
non-contact
1.01 mm 1.32 mm 1.44 mm 1.53 mm 1.70 mm

≈ 0 N Laser spot 1 N Contact zone 2 N 3 N 4 N 5 N

1.75 mm 1.85 mm 1.89 mm 1.96 mm 2.00 mm 2.05 mm

6 N 7 N 8 N 9 N 10 N 11 N

1 DIV=0.10 mm
60 70
2.09 mm 2.14 mm 2.16 mm 2.17 mm 2.21 mm 2 mm
750 pixels
12 N 13 N 14 N 15 N 16 N 1 pixels ≈ 2.667 μm
(a) Optical micrographs and contact diameter measurements acquired under load of 1~16 N

Measured contact radius
30 Contact radius 1 predicted by Herz model
Contact radius 2 predicted by Herz model

a 3 /mm 3 20 Ceramic ball on PDMS surface 1.5

1.0
10 a 3 /mm 3 0.5
0.0
2 4 6 8 10 12 14 16
w/N
0 Ceramic ball on K9 glass surface
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
w/N
(b) Variation curve of contact diameter a with load
3
Fig. 5 Optical measurements of contact diameter 2a and comparison of Hertz theory predictions
图 5 接触直径2a的光学测量结果与Hertz理论预测对比

和趋于稳定变形的区域，特别是，测试结果表明0~0.2 s 测量结果表明：压痕深度d的变化范围约为0~12 μm，
内软接触在径向上的变形呈现急剧增长趋势. 此外， 其变化数量级为μm，区别于mm量级的接触直径2 a；
还发现载荷越大，2 a值趋于稳定的时间越长，例如载 最大的接触深度约为12 μm，此时载荷为16 N，而
荷为1 N的工况下t=0.2 s以后2 a达到稳定值，而当载 PDMS薄膜的厚度为150 μm，变形深度约占总薄膜厚
荷增至16 N时达到稳定的时间延长为1 s. 度的1/12，表明压头并未刺穿PDMS薄膜而与玻璃盘
2.2 压痕深度的原位光学测量 基底直接接触，即PDMS薄膜呈现出较强的法向承载
当陶瓷球法向接近PDMS薄膜表面并引起加载变 能力. 此外，试验结果发现t=0.7 s后接触深度d基本不

形时，接触区直径2 a不仅在逐渐变大，沿载荷加载方 再发生变化，表明PDMS薄膜沿法向载荷方向上的力
向的潜入距离也在同步发生变化. 试验过程中，除了 学响应速度比径向上还要快，即径向和法向载荷方向

测量接触区域直径2 a，也同步采集每个载荷下陶瓷球 上的力学响应并不一致.
与PDMS接触点O点附近的光干涉图像，同样鉴于篇 2.3 表面变形轮廓的原位光学测量
幅有限仅呈现其部分图像，如图7(a)所示. 每个载荷下 基于图6和图7的测量结果，可利用表面接触轮廓
须以t=0时刻的光干涉图为参考基准，利用编写的DIIM 线随时间的变化来进一步描述整个变形过程，实现表
测量软件根据牛顿环级次的变化推算出压痕深度d随 面变形在时间和空间上的同步测量. 以载荷5 N为例，
时间的变化，曲线如图7(b)所示. 图8所示为压痕表面轮廓随时间的变化曲线，显示整