软硬材料接触时的吱吱声

Squeaking（摩擦 squeaking 声）是我们日常生活中常见的现象，比如橡胶底鞋子在硬木地板上滑动、粉笔在黑板上刮擦、自行车刹车或髋关节置换患者行走时，都可能产生这种声音。当两个刚性物体相互滑动时，人们普遍认为 squeaking 是由自激粘滑振动引起的，这种振动的触发因素是摩擦系数随滑动速度的增加而降低。然而，扩展界面的滑动可能涉及裂纹或滑动脉冲的传播。当柔软物体在刚性物体上滑动时，这种差异更为明显——由于大变形和材料不匹配，可能会通过产生张开滑动脉冲导致分离。以往的研究主要集中在慢速滑动，此时脉冲速度较慢，不会产生 squeaking。尽管软-硬界面的 squeaking 被认为与粘滑振动有关，但其具体机制仍不明确。本研究通过实验，对产生 squeaking 的软-硬界面滑动速度进行了研究。高速成像和声学分析显示，张开脉冲以近似于软材料剪切波的速度传播，介导了不同材料间的局部滑动。在平坦样品中，这些脉冲是不规则的，会产生宽带声发射。而在样品表面引入薄脊后，脉冲的传播受到限制，从而产生稳定的重复频率，该频率与滑动块的一阶剪切模式相匹配，并在此频率下产生 squeaking。这些发现揭示了一种由结构驱动的机制，可稳定双材料摩擦中的破裂。几何约束抑制了竞争模式，将不规则的二维动态转变为连贯的一维脉冲序列，为从工程表面到地质断层的摩擦破裂研究提供了新的见解。