Page 121 - 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 1375

2.5
1 N 14 1 N t=300 s
5 N 12 5 N Unloading
9 N
t=0 s
9 N
2.0
Contact diameter, 2a/mm 1.5 Unloading Indentation depth, d/μm 10 8 6 4 t=0 s
16 N
16 N
1.0
0.5
0.0 Loading t=300 s 2 0 Loading
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 1.0 4 6 8 10 12300 200 400 600 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 5 10 15 300 200 400 600
Time, t/10 ms Time, t/s Time, t/ms Time, t/10 ms Time, t/s Time, t/ms
3
3
(a) Curve of contact diameter 2a with time (b) Curve of indentation depth d versus time during
during loading-unloading process loading-unloading process
1 N 300 μm

2 ms 20 ms 30 ms 34 ms 38 ms 42 ms
5 N 300 μm

4 ms 60 ms 70 ms 76 ms 80 ms 88 ms
9 N 300 μm

4 ms 40 ms 66 ms 72 ms 80 ms 86 ms
16 N 300 μm

2 ms 200 ms 240 ms 254 ms 260 ms 270 ms
(c) Part of the image when uninstalled
Fig. 9 Measurements of contact diameter 2a and indentation depth d as a function of time during loading and unloading
图 9 加载-卸载过程中接触直径2a和压痕深度d随时间的变化的测量结果

系统来开展原位接触力学试验研究：利用高速相机全 取值应为耦合弹性模量.
程记录了机械加载、保载和卸载过程中软-硬作用界 c. 光学成像测量结果表明受压加载过程中PDMS
面的动态接触与变形行为，测量了径向方向的接触直 薄膜层的变形时间极短，接触直径和压痕深度分别在
径和法向上压痕深度随时间的变化值，首次实现了软 1 s和0.7 s内迅速达到动态平衡；PDMS薄膜层呈现出
典型黏弹特性，加载-卸载过程分别发生了蠕变和应
接触表面发生时/空形变的可视化测量.
b. 研究发现硬质陶瓷球与玻璃基材表面软质 力松弛现象. 研究结果对厘清仿生软接触表面的力学
PDMS薄膜层在大载荷受压作用过程中发生了直径为 响应与承载规律、定向设计高性能仿生润滑涂层材料
毫米量级的横向接触和压痕深度为微米量级的法向 具有重要的理论指导意义.

变形；由于玻璃基底强的应力遮挡效应，PDMS层的 参 考 文 献
变形规律在一定载荷范围内仍可使用传统的赫兹接 [ 1 ] Abela D, Rochman A, Buhagiar J, et al. Elastomers for the
触模型来预测，但软接触界面下作用表面的弹性模量 development of orthopaedic implants-a review[J]. Xjenza Online -