【摘要】：功能梯度材料是一種材料參數(shù)沿厚度方向連續(xù)變化的新型復(fù)合材料。將其用作涂層或過渡層,可減小材料失配導(dǎo)致的應(yīng)力集中,改善接觸表面的性能并可在惡劣的環(huán)境中作為保護(hù)層提供保護(hù)。研究表明,梯度涂層可用于抑制接觸損傷和破壞,因而其接觸問題的研究得到了廣泛關(guān)注。隨著接觸區(qū)尺度的減小,粘附作用對涂層表面接觸行為產(chǎn)生重要的影響。因此,本文對梯度材料涂層粘附接觸問題開展研究。本文首先建立兩種數(shù)學(xué)模型來模擬功能梯度材料。第一種是假設(shè)功能梯度材料彈性參數(shù)按照指數(shù)函數(shù)形式變化;第二種是利用指數(shù)分層模型來模擬功能梯度材料,即假設(shè)將梯度材料分成若干個子層,每一層材料參數(shù)按照指數(shù)函數(shù)形式變化�；谝陨蟽煞N模型,考慮Maugis-Dugdale粘附理論,通過傅里葉變換技術(shù)和傳遞矩陣方法,將二維粘附接觸問題轉(zhuǎn)化為帶有柯西核的奇異積分方程(組)。采用數(shù)值積分方法,得到了粘附接觸時的應(yīng)力分布、壓痕以及粘附區(qū)隨梯度指數(shù)和粘附參數(shù)的變化。主要的研究內(nèi)容包括:1)利用指數(shù)函數(shù)模型和指數(shù)分層模型,得到功能梯度涂層半空間在線集中力作用下的接觸問題的基本解。2)利用指數(shù)函數(shù)模型得到粘附接觸問題基本解,求解了剛性圓柱壓頭作用下的功能梯度涂層-半空間的粘附接觸問題。得到剪切模量比值和粘附參數(shù)對粘附接觸行為的影響。3)利用指數(shù)分層模型得到的粘附接觸問題基本解,求解了剪切模量按照冪次函數(shù)變化時的粘附接觸問題,給出了冪次型梯度材料的梯度指數(shù)對粘附接觸行為的影響。通過對圓柱形壓頭作用下的功能梯度涂層-半空間的二維粘附接觸問題的研究,本文得到以下一些結(jié)論:1)將本文的模型退化為均勻材料時,粘附參數(shù)λ=5時的壓力-接觸半徑曲線與JKR模型結(jié)果幾乎完全重合;當(dāng)粘附參數(shù)λ=1.0時,其結(jié)果趨近于Hertz模型結(jié)果。表明本文方法得到的結(jié)果與經(jīng)典理論結(jié)果吻合。2)在Maugis-Dugdale粘附理論基礎(chǔ)下,隨著粘附參數(shù)的增大,對應(yīng)的拉脫力值也在增大,而接觸中心處的表面應(yīng)力值減小。當(dāng)梯度涂層的彈性參數(shù)按照指數(shù)函數(shù)變化時,隨著涂層上下表面剪切模量比值μ_1/μ_2的減小,需要的拉脫力增大,相應(yīng)的接觸中心處的表面應(yīng)力值減小。3)利用指數(shù)分層模型可有效的求解材料參數(shù)按照任意函數(shù)形式變化的功能梯度材料粘附接觸問題。當(dāng)梯度涂層的彈性參數(shù)按照冪次函數(shù)變化時,假設(shè)涂層剪切模量比μ_0/μ_h＞1(涂層較硬)時,隨著梯度指數(shù)n的增大,拉脫力相應(yīng)增大,同時,接觸中心處的應(yīng)力值也相應(yīng)增大。而當(dāng)涂層剪切模量比μ_0/μ_h＜1(涂層較軟)時,得到的結(jié)果與以上結(jié)論剛好相反。本文將借助理論分析和數(shù)值計算,探索梯度材料涂層改變表面粘附接觸行為的方法。研究結(jié)果為粘附接觸行為的改善和梯度材料的設(shè)計提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB34;TB306
【圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論景及意義材料(Functionally Graded Materials，F(xiàn)GMs)[1]作一種新型學(xué)者新野正之和平井敏雄在二十世紀(jì)八十年代中后期首 世紀(jì) 50 年代，美國科學(xué)家便開始了對該類型材料的研究，功能梯度材料這個概念。早在兩千多年前，中國就已經(jīng)開-1 所示[2]，1965 年出土了春秋時期的越王勾踐劍，雖然已經(jīng)鋒利無比、寒光依舊。這主要是因為劍身中的錫和銅在各良好的成分梯度。

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文厚的脆性涂層；通過調(diào)整表面層成分的梯度，可消除表面銳利壓痕根部的奇異場，或改變壓痕周圍的塑性變形特性[4]。因此，功能梯度材料逐漸被廣泛應(yīng)用于航空航天、核能、化工、電子、光學(xué)、生物和建筑等領(lǐng)域中[5]。

a) b)勻鋁矽酸鹽玻璃(a)和多晶氧化鋁(b)在滑動摩擦接觸下顯示的壓ig.1-2 The impression of the homogeneous aluminosilicate glass (a) polycrystalline alumina (b) during sliding frictional contact[7]

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 陳培見;陳少華;;一類功能梯度材料表面接觸力學(xué)研究進(jìn)展[J];力學(xué)進(jìn)展;2014年00期

2 陳少華;蘇愛嘉;;生物黏附與仿生黏附力學(xué)的進(jìn)展[J];力學(xué)與實踐;2007年02期

3 余壽文;微電子機械系統(tǒng)的幾個力學(xué)問題[J];機械強度;2001年04期

4 趙亞溥,王立森,孫克豪;Tabor數(shù)、粘著數(shù)與微尺度粘著彈性接觸理論[J];力學(xué)進(jìn)展;2000年04期

5 王引真,孫永興,閻國超,鄭修麟;功能梯度材料的研究動態(tài)[J];機械工程材料;1997年04期

本文編號：2778913