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兰州大学:界面接触模型及实验研究方面取得新进展

弄清界面接触特性一直是科学界关注的问题,大量复杂工程结构系统中都存在界面接触问题,遇到的棘手问题是对接触特性难以有效表征,从而制约着对相关工程应用设计的有效指导。

近日,来自兰州大学的他吴睿副教授主导建立了界面力—电接触理论模型,揭示接触电阻、接触变形与作用压力的关联机制,并在摩擦学领域期刊《Tribology International》上以“Volumetric contact theory to electrical contact between random rough surfaces”为题发表相关研究成果,该研究成果实现了超导电缆股线间接触特性先期研究的突破。他吴睿为第一作者和通讯作者,周又和教授为共同通讯作者。他吴睿指导的本科生邱苏铭为共同第一作者、另两位本科生汪钰龙、袁尽雨同学和高原文教授为其余作者。所建立的理论模型揭示出了两随机粗糙界面之间的力、电作用机制,实验证实了预测的定量特征有效。

该论文建立的新理论模型不同于已有的界面接触理论研究,即需要预先假定接触面积满足一定的条件,进而导致这类理论模型难以在工程应用中发挥作用,提出了接触面之间的随机分布体积新概念,由表明粗糙度的直接实测结果来重构接触前的分布体积构型特征,然后通过建立压力作用下的变形机制,对接触体积进行降维处理(3D→2D),就得到了随作用压力变化的实时接触面积。在此基础上建立的理论模型,获得了包含接触电阻、弹塑性变形及其接触面积随外压力的变化特征,预测的接触电阻随外压力变化的特征曲线被实验证实有效。由于没有预设限制条件,这一新方法的理论模型可望在极端环境、复杂载荷等情形的相关工程中得到应用。