收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

功能梯度材料的二维接触力学及微动分析

柯燎亮  
【摘要】: 功能梯度材料具有随空间位置呈梯度变化的材料属性。用作涂层或过渡层,它能够减小由于材料失配所导致的应力集中,提高粘接强度,改进表面性能和在恶劣的热、化学环境中提供保护层。这一概念给材料科学家和工程师提供了一个重要的思路来设计结构组件以满足工业领域中一些特殊的应用目的,例如航空航天、汽车、生物医学、核能、燃气涡轮发动机等领域。最近的一些研究表明将功能梯度材料用作涂层能够提高接触表面抵抗接触变形和损伤的能力,而这种效果是常规均匀材料所无法达到的。因而,功能梯度材料的接触力学成为了一个重要的研究课题。在本文中利用线性分层模型来模拟材料参数按任意函数形式变化的功能梯度材料。该模型基于任意一条连续曲线可用一系列的分片连续直线段来逼近的事实,将梯度材料层分成若干子层,在各子层界面处材料参数连续并且等于实际值。利用该模型分别研究如下的一些问题: (1)求解了功能梯度材料涂层半平面在法向和切向线集中力作用下的应力和位移场。其中在平面应变情况下,杨氏模量或剪切模量按任意函数变化,但泊松比为常数;在平面应力情况下,杨氏模量和泊松比都可以沿厚度方向按任意函数变化。 (2)以上述解为基本解,求解了不同形状的刚性压头作用在功能梯度材料涂层半平面的无摩擦接触问题,以及滑动摩擦接触问题。 (3)在上述基础上进一步求解分析了刚性圆柱形压头与功能梯度材料涂层半平面的微动接触。 (4)求解分析了功能梯度材料涂层弹性体之间的微动接触问题。 利用传递矩阵方法和Fourier变换技术,将上述混合边值问题化为奇异积分方程(组)。数值求解这些奇异积分方程(组)得到问题的解。在本文中,材料参数首先假设以指数函数形式变化,与已有结果进行了比较。然后考虑了材料参数按其它连续函数形式变化的情况。计算结果表明: (1)本文线性分层模型允许按照任意函数形式变化的材料参数。用本文模型求解功能梯度材料接触问题及微动问题十分有效,一般来说,只要将梯度材料层划分成6个子层即可保证结果有足够的计算精度。 (2)力~压痕关系受涂层杨氏模量或剪切模量梯度变化的影响,这表明可以通过压痕试验测出涂层的材料参数梯度。 (3)泊松比梯度变化对接触应力分布影响很小,几乎可以忽略。 (4)摩擦系数的改变对法向接触应力分布以及力~接触区关系曲线的影响很小;但对平面内张拉应力分布影响很大,尾端的最大张拉应力随着摩擦系数的增大而增大。 (5)通过调整涂层材料参数的梯度可以改变表面接触应力的分布。特别地,减小涂层表面的杨氏模量或剪切模量能够减小接触区两端的平面内张拉应力的最大值。这表明可以通过调整涂层梯度来抑制表面开裂,抵抗在滑动和微动条件下所导致的接触损伤。 (6)当两弹性体微动接触时,梯度涂层加在较硬物体的表面能够降低微动接触应力,从而更好的抵抗微动接触损伤。 (7)相对于均匀涂层,梯度涂层对改变表面接触应力、界面法向和切向应力分量的影响不明显,但是对于界面张拉应力的影响非常大,能明显地消除由于界面材料性质失配所导致的应力集中。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 戴耀;刘军锋;李世民;;物理弱间断线上Ⅲ型斜交裂纹高阶渐近场[J];装甲兵工程学院学报;2011年03期
2 付俊强;张新娜;何鑫;;DQM求解功能梯度圆板轴对称线性弯曲问题研究[J];中原工学院学报;2011年02期
3 程站起;高丹盈;仲政;;任意梯度分布功能梯度涂层平面裂纹分析[J];固体力学学报;2011年04期
4 徐金鑫;刘伟;;表面改性对氮化硅粉体及其涂层影响的研究[J];渤海大学学报(自然科学版);2011年02期
5 郭双雷;韩磊;尚新库;;先进航空工程材料的性能特点及其应用[J];中国西部科技;2011年17期
6 蓝林华;富明慧;高文乐;;功能梯度材料稳态热传导方程的分层精细指数法[J];中山大学学报(自然科学版);2011年04期
7 燕秀发;钱七虎;方国强;赵敏福;郭延宝;;基于线法的功能梯度材料断裂分析[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2011年04期
8 韩文梅;康天合;王东;王开;柴肇云;;矿物成分对抛光岩石表面摩擦特性影响的试验研究[J];岩土工程学报;2011年08期
9 叶超;王芳;胡红松;;旋流式气液分离器压降计算模型的应用探讨[J];低温与超导;2011年06期
10 郭晓霞;;热力学方法在土体动力Ramberg-Osgood模型中的应用研究[J];冰川冻土;2011年04期
11 范家庆;;新型高科技滚筒包胶材料——陶瓷胶面在BM驱动滚筒上的应用[J];科技资讯;2011年24期
12 许崇海;张永莲;吴光永;赵诗奎;方斌;;Y-Ce-ZrO_2-TiC-Al_2O_3复合陶瓷材料的制备及其摩擦磨损特性研究[J];人工晶体学报;2011年03期
13 陈福全;韩钧;;高频循环剪切下结构与松砂接触面的土体特性[J];土木建筑与环境工程;2011年04期
14 朱元圣;;摩擦起电小议[J];中学物理;1999年02期
15 田建辉;龙述尧;;横向裂缝对功能梯度板的热响应影响[J];应用力学学报;2011年04期
16 李志军;贾青;;冰对水工结构物作用力的物理模拟——Ⅱ.DUT-1模型冰物理和力学性能[J];黑龙江大学工程学报;2011年02期
17 颜士威;王会祥;严淞;;机动车辆智能限制超速及防闯红灯系统设计[J];科技创业月刊;2011年10期
18 俞海清;;滑动轴承实验数据的微机采集和处理系统简介[J];实验技术与管理;1992年01期
19 牛伟;孙荣禄;;h-BN含量对激光熔覆自润滑涂层微观组织和磨损性能的影响[J];中国激光;2011年08期
20 董贵明;束龙仓;田娟;季叶飞;;西南岩溶地下河系统水流运动数值模型[J];吉林大学学报(地球科学版);2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 柯燎亮;汪越胜;;功能梯度材料涂层弹性体的二维微动接触分析[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
2 柯燎亮;汪越胜;;功能梯度材料的二维接触力学[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
3 柯燎亮;汪越胜;;功能梯度材料的二维滑动摩擦接触力学[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
4 柯燎亮;汪越胜;;功能梯度材料的二维滑动摩擦接触力学[A];北京力学学会第12届学术年会论文摘要集[C];2006年
5 刘静;柯燎亮;汪越胜;;功能梯度材料热弹性接触分析[A];北京力学会第17届学术年会论文集[C];2011年
6 仲政;;功能梯度材料结构的力学模型与数值方法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
7 井璐璐;郑保敬;戴保东;;功能梯度材料的无网格局部Kriging法[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
8 汪越胜;黄干云;余寿文;;热载下功能梯度材料裂纹问题的新分层模型[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
9 仲政;;功能梯度材料与结构的力学研究进展[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
10 姚学锋;张进军;胥红敏;王鹏;;功能梯度材料应力奇异性的相干梯度敏感干涉实验研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(上)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 柯燎亮;功能梯度材料的二维接触力学及微动分析[D];北京交通大学;2007年
2 刘铁军;功能梯度材料轴对称接触力学及微动分析[D];北京交通大学;2008年
3 丁然;气动力及热载荷作用下功能梯度材料矩形板的非线性动力学[D];天津大学;2010年
4 张恒良;动力机械应用功能梯度材料寿命评估与优化研究[D];华中科技大学;2011年
5 张会占;功能梯度材料结构的随机动态断裂与可靠性研究[D];汕头大学;2011年
6 彭旭龙;功能梯度材料相关的几个动静态问题分析及结构优化[D];中南大学;2010年
7 赵莉;功能梯度材料平面问题的辛弹性力学解法[D];浙江大学;2010年
8 李长虹;梯度铜石墨自润滑材料及摩擦性能研究[D];北京交通大学;2006年
9 莫继良;物理气相沉积(PVD)涂层的摩擦学行为研究[D];西南交通大学;2008年
10 吴凤芳;PVD氮化物涂层的冲蚀磨损特性及机理的研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘强;氮化硅基连续功能梯度材料的制备及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 王宇;高阶梁和板的弱形式求积元分析[D];清华大学;2010年
3 周宏亮;功能梯度材料热弹性断裂问题研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 彭家成;Cu/WC功能梯度材料细观组织与力学性能的研究[D];昆明理工大学;2010年
5 武敏;磁场驱动法制备Ni/环氧树脂功能梯度材料研究[D];浙江大学;2011年
6 马鑫;非均匀介质接触问题的新线性分层模型[D];北京交通大学;2008年
7 于洪;功能梯度材料抗侵彻性能试验研究[D];西北工业大学;2004年
8 郑慧雯;金属有机化学气相沉积法制备功能梯度材料的方法和机理的研究[D];西南师范大学;2004年
9 刘鹏;功能梯度材料的等离子直接成形技术工艺基础研究[D];华中科技大学;2009年
10 邓超;功能梯度材料扁锥壳的非线性振动和静动力稳定性分析[D];暨南大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;材料的摩擦系数与温度[N];中国包装报;2005年
2 ;材料摩擦系数的正确检测以及注意事项(上)[N];中国包装报;2006年
3 吴一知;创新型汽车材料[N];中国纺织报;2006年
4 董江凯;一种被忽略的——塑料薄膜摩擦系数测定方法[N];中国包装报;2004年
5 石仁坪;方方:印花税只是摩擦系数 股市供求应由市场调整[N];第一财经日报;2008年
6 袁传勤;广州标际研制成功可打印动静摩擦曲线图的GM-1型摩擦系数仪[N];中国包装报;2004年
7 ;具有不同摩擦系数的容器便携器[N];中国包装报;2003年
8 张红普 魏书坤;包装材料摩擦系数的测试方法[N];中国包装报;2003年
9 李荣;我国钢铁业国际战略定位亟待明确[N];中国信息报;2007年
10 胡立彪;正看虽喜反看忧[N];中国质量报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978