功能梯度涂層接觸問題的實(shí)驗(yàn)分析與有限元模擬.pdf

1、功能梯度材料所具有的獨(dú)特性質(zhì)以及潛在的研究空間，使得其成為研究領(lǐng)域的熱門學(xué)科。由于功能梯度材料用作涂層可抑制接觸損傷和破壞，受到力學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。本文主要采用實(shí)驗(yàn)方法和有限元仿真技術(shù)對功能梯度涂層三維接觸問題進(jìn)行研究。首先，應(yīng)用布氏硬度計分別對不同材料模型進(jìn)行了壓痕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得出了均勻材料模型與梯度材料模型的壓力-壓痕半徑關(guān)系曲線；其次，應(yīng)用 ABAQUS有限元軟件計算功能梯度涂層分別在集中荷載和圓形均布荷載作用下表面位移，分別考慮

2、了功能梯度材料彈性模量按照不同函數(shù)形式變化時的情況。最后，應(yīng)用 ABAQUS軟件分析了功能梯度涂層在剛性球形壓頭作用下的三維無摩擦接觸問題，并將計算結(jié)果與公式解進(jìn)行了比較；同時分析了不同彈性模量變化形式對接觸表面應(yīng)力變化的影響。研究結(jié)果表明：
　　（1）布氏硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用不同的材料組合模型對壓力-壓痕曲線具有明顯的影響。其中，材料彈性模量的梯度變化是壓痕實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生重要影響的主要因素。
　?。?）利用 ABAQUS軟件可

3、有效的模擬功能梯度材料涂層的表面沉降問題。同時 ABAQUS軟件可以模擬材料參數(shù)按照不同函數(shù)形式變化的功能梯度材料模型。通過有限元計算表明，材料彈性參數(shù)的變化形式對于梯度層表面在集中和均布載荷作用下的位移沉降產(chǎn)生影響。
　?。?）功能梯度涂層在球形壓頭作用下時，指數(shù)函數(shù)形式變化的梯度材料涂層，其壓痕半徑、壓入深度以及接觸應(yīng)力都會隨彈性模量的減小呈減小趨勢。固定涂層上下表面彈性模量比值，同時將彈性模量分別按照指數(shù)函數(shù)、線性函數(shù)、余弦