381 / 2021-06-14 14:51:10

皮肤摩擦中的指纹形变模型

摘要：皮肤是人体最大的器官具有复杂的力学特性。指尖皮肤表面具有特殊形貌的乳突结构（指纹）。为探索指纹在皮肤摩擦中的作用，以负载、移动方向、手指与摩擦面之间夹角为试验变量设计试验记录并分析指纹形变。试验发现手指移动时同一指尖不同部位（形状）的指纹其形变特点不同。为方便后续研究，根据指纹形状、位置划分指尖区域并命名：‘前区’；‘中区’；‘后区’。试验发现指纹前区前后移动时必有一部分指纹拉伸，剩下的指纹压缩，故把前区指纹拉伸部分命名为‘1区’，压缩部分命名为‘2区’。分析实验数据到以下结论：（1）当手指前后移动时，6N负荷下的指纹变化率高于1N负荷下的指纹变化率。此外，当手指静止时，在试验载荷范围内载荷几乎对指纹的宽度没有影响；（2）手指笔直向前移动时的指纹变化率通常比竖直向后移动时要大。（3）在接触区域内总有一部分指纹被拉伸，剩下的部分被压缩，被拉伸的部分总是在被压缩的部分的前面，推测可能与手指结构有关。设计‘被动摩擦拓印法’记录被动摩擦时的指纹形变验证结论的准确性。根据以上结论结合赫兹理论等理论模型建立实际接触面积预测模型。