This paper presents a contact model to describe the normal and tangential contact behaviors of the rough interface with multiscale topographies. The coupling effect of macroscopic profile deviation and mesoscopic roughness on the contact behaviors is taken into account. First, an improved force expression of single contacting asperity is proposed to characterize the continuous and monotonic feature in the whole deformation process. By adopting the statistical summation, the contact model for the surface with microscopic topography is established. Second, the mesoscopic waviness deformation is characterized with microscopic asperities through multiscale modeling. The macroscopic geometric deviation is defined as a linear shape function. By combining the macro-, meso-- and microscopic topographies, the multiscale normal contact model is established. Then, in terms of tangential model, the Jenkins element is applied to express the slip-stick behavior of asperity. Based on the normal contact model and Coulomb law, the distribution function of the yield slip force is obtained to establish the tangential contact model. Furthermore, the predicted contact responses are compared with experiments and finite element model to validate the effectiveness of the proposed model. Finally, the influences of the multiscale topographies are analyzed, presenting the variation tendencies of contact responses. This work provides a feasible and effective way for studying the contact response of rough interface with multiscale surface topographies.

本文提出了一种接触模型来描述具有多尺度地形的粗糙界面的法向和切向接触行为。考虑了宏观轮廓偏差和细观粗糙度对接触行为的耦合效应。首先，提出了一种改进的单一接触粗糙的力表达式来表征整个变形过程中的连续和单调特征。采用统计求和，建立了微观形貌表面的接触模型。其次，通过多尺度建模，细观波纹变形具有微观凹凸特征。宏观几何偏差定义为线性形状函数。通过结合宏观、中观和微观地形，建立多尺度法向接触模型。然后，在切线模型方面，应用詹金斯元素来表达粗糙的滑粘行为。基于法向接触模型和库仑定律，得到屈服滑移力的分布函数，建立切向接触模型。此外，将预测的接触响应与实验和有限元模型进行比较，以验证所提出模型的有效性。最后，分析了多尺度地形的影响，展示了接触响应的变化趋势。这项工作为研究具有多尺度表面形貌的粗糙界面的接触响应提供了一种可行且有效的方法。得到屈服滑移力的分布函数，建立切向接触模型。此外，将预测的接触响应与实验和有限元模型进行比较，以验证所提出模型的有效性。最后，分析了多尺度地形的影响，展示了接触响应的变化趋势。这项工作为研究具有多尺度表面形貌的粗糙界面的接触响应提供了一种可行且有效的方法。得到屈服滑移力的分布函数，建立切向接触模型。此外，将预测的接触响应与实验和有限元模型进行比较，以验证所提出模型的有效性。最后，分析了多尺度地形的影响，展示了接触响应的变化趋势。这项工作为研究具有多尺度表面形貌的粗糙界面的接触响应提供了一种可行且有效的方法。呈现接触反应的变化趋势。这项工作为研究具有多尺度表面形貌的粗糙界面的接触响应提供了一种可行且有效的方法。呈现接触反应的变化趋势。这项工作为研究具有多尺度表面形貌的粗糙界面的接触响应提供了一种可行且有效的方法。