近日，我校机械工程学院徐洋研究员在粗糙表面接触力学领域取得新突破，相关研究成果《An asperity-based statistical model for the adhesive friction of elastic nominally flat rough contact interfaces》在国际著名固体力学期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》上发表。
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2018年，Sahli等(Sahli et al., PNAS. 2018, 115: 471–476)精准测量了一个用软物质(PDMS)制作的粗糙表面与一块刚性玻璃之间的实际接触面积随摩擦力的变化趋势，首次发现当两个接触面在切向方向上发生整体滑移前，实际接触面积随摩擦力的增大而呈抛物线递减，实验结果如图2实线所示。
图2.实际接触面积随摩擦力增大呈抛物线递减
虚线：统计学模型；实线：实验数据
本次研究提出了一种基于微凸体接触的粗糙表面（如图3所示）统计学接触模型，重现了Sahli等实验中软物质粗糙表面与刚性玻璃之间的实际接触面积随摩擦力的变化趋势（如图2所示），揭示了处于粘滞和滑移状态下的实际接触面积的此消彼长是造成软物质总的实际接触面积随摩擦力递减的主要原因，提出了软物质粗糙表面最大静摩擦力并不是材料固有特性，而是由接触界面特性，如粘附能、最大剪切应力等和界面几何轮廓共同决定的这一重要论断。该统计学接触模型为可穿戴触感VR设备、地震、摩擦纳米发电机等研究领域中的粗糙表面间摩擦力建模提供了新的理论工具。
图3.粗糙表面接触示意图
合肥工业大学（第一完成单位）徐洋研究员为该论文第一作者，徐洋研究员与格拉斯哥大学Daniel Mulvihill副教授为该论文的共同通讯作者，法国国家科学研究中心Julien Scheibert研究员与格拉斯哥大学Nikolaj Gadegaard教授共同参与了该研究工作。本次研究获得了合肥工业大学“黄山学者”优秀青年启动资金、利华休姆信托基金、国家自然基金青年基金项目的资助。