壁虎脚掌刚毛接触力学性能试验研究

利用摩擦磨损试验机综合试验台,通过模拟壁虎实际在墙壁上爬行过程来研究分析壁虎脚掌刚毛接触力学,并对试验前后的离体壁虎刚毛进行微观分析。实验得出:同样的预负载下,对于不同的接触面,顺刚毛方向的切向力都远远大于逆刚毛方向的切向力,证明壁虎在实际运动中,通过在顺着刚毛方向上与接触面黏附,在逆刚毛方向上与接触面脱附;材料本身的性质或材料的粗糙度对壁虎刚毛切向力有影响。

单晶碳化硅接触中亚表层损伤与破坏机理的原子尺度分析

基于分子动力学的Vashishta势函数研究了碳化硅纳米压痕受载诱导产生的位错环演变特征、相变转化数额和接触力学性能,分析了极端使役温度对其亚表层损伤行为和接触力学性能的影响。结果表明:碳化硅材料亚表层损伤主要以位错形核、位错堆积和位错滑移方式发生塑性变形,接触时的位错环历经位错形核、位错环生成增大、位错环繁衍增殖和位错环脆断等四个阶段。较高的使役温度,使碳化硅材料的最大承载性、硬度、杨氏模量和接触刚度曲线呈类抛物线趋势下降。其主要原因是,温度越高碳化硅晶格点阵越容易摆脱原子键能的束缚而产生晶格点阵缺陷,位错的产生导致材料亚表层发生应力集中,最终使碳化硅材料接触时的力学性能大大降低。此外,亚表层应力集中也使碳化硅材料内相变结构由立方碳化硅向闪锌矿碳化硅类型转变。随着温度的升高立方碳化硅和闪锌矿碳化硅的相变结构随之增多。另外,半导体器件中的碳化硅受载时发生的相变对使役温度的依赖极为显著。温度升高引起碳化硅晶格相变和表面随机粗糙斑点的产生,是产生接触黏着的主要原因。