Solid body contact is restricted to a discrete number of randomly distributed microscopic areas resulting from the deformation of interacting surface protrusions (asperities). The deformation mode of these asperity contacts can be elastic, elastic–plastic, or fully plastic, depending on the local surface interference, asperity radius of curvature, coefficient of friction, and mechanical properties of the solid surfaces. Traditionally, the surface topography has been described by statistical models which rely on unrealistic simplifications of the shape, height, and size of the asperities. Such assumptions were avoided in contemporary contact mechanics analyses, which use fractal geometry to accomplish a surface topography description over a wide range of length scales. The main objective of this article is to provide an assessment of the role of multi-scale topography (roughness) and frictional heating in contact deformation of elastic–plastic solid bodies. Contact relationships, derived at the asperity level, which include the mechanical properties of surface layer and substrate medium, layer thickness, local surface interference, and equivalent asperity radius of curvature, are presented for different modes of deformation. These asperity-level relationships and a fractal model of the surface topography are incorporated into a numerical integration scheme to analyze multi-scale thermomechanical contact deformation over the entire real contact area of homogeneous and layered media possessing realistic surface topographies. To cite this article: K. Komvopoulos, C. R. Mecanique 336 (2008).

Le contact entre corps solides nʼa lieu que sur un nombre fini de zones microscopiques réparties aléatoirement, qui résultent de la déformation dʼaspérités en interaction. Le mode de déformation de ces aspérités en contact peut être élastique, partiellement élastique et partiellement plastique, ou complètement plastique, suivant lʼinterférence locale des surfaces, le rayon de courbure des aspérités, le coefficient de frottement et les propriétés mécaniques des surfaces. Traditionnellement, la topographie des surfaces a été décrite à lʼaide de modèles statistiques qui reposent sur des simplifications irréalistes de la forme, la hauteur et la taille des aspérités. Les analyses mécaniques actuelles du contact évitent de telles hypothèses en utilisant la géométrie fractale pour décrire la topographie des surfaces sur une large gamme dʼéchelles. Le but essentiel de cet article est dʼexaminer le rôle de la topographie multi-échelles (rugosité) et de lʼéchauffement par frottement dans la déformation de contact de corps solides élasto-plastiques. Des relations de contact obtenues à lʼéchelle des aspérités, qui font intervenir les propriétés mécaniques de la zone de surface et du substrat sous-jacent, lʼépaisseur de la couche, lʼinterférence des surfaces et le rayon de courbure équivalent des aspérités, sont présentées pour différents modes de déformation. Ces relations dʼorigine microscopique, jointes à un modèle fractal de la topographie des surfaces, sont incorporées dans un schéma dʼintégration numérique, afin dʼanalyser la déformation thermomécanique de contact de la totalité de la zone de contact de milieux homogènes et laminés possédant des topographies de surface réalistes. Pour citer cet article : K. Komvopoulos, C. R. Mecanique 336 (2008).