多層介質(zhì)粗糙表面熱彈塑性接觸問題研究.pdf

1、本文應(yīng)用有限元方法對二維多粗糙峰涂層表面的彈塑性接觸力學(xué)行為進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。對不同涂層材料彈性模量、不同屈服極限、不同涂層厚度及不同表面形貌的粗糙表面與剛性平面的彈塑性接觸問題進(jìn)行了模擬，分析了這幾種因素對接觸壓力、接觸面積、表面輪廓變形及接觸體應(yīng)力場分布的影響。 考慮恒定的熱傳遞和熱彈塑性變形引起的粗糙峰變形，對多層介質(zhì)粗糙表面熱彈塑性接觸模型進(jìn)行分析。針對不同涂層材料，研究了接觸壓力、接觸面積、平均間隙之間的關(guān)系，涂層厚度

2、對表面接觸壓力分布、溫升的影響，以及材料屬性、涂層厚度、摩擦系數(shù)和熱輸入對應(yīng)力分布和溫升分布的影響。發(fā)現(xiàn)軟涂層的應(yīng)用，降低了粗糙峰溫度峰值。另一方面，硬涂層的高壓力峰和低傳熱性，導(dǎo)致粗糙峰的最高溫度非常高，而且涂層厚度越大，壓力峰值和溫度峰值越高。硬涂層材料的最大von Mises應(yīng)力發(fā)生在涂層表面，基體材料發(fā)生在涂層．基體界面處。之后，討論了應(yīng)用硬涂層材料減小基體材料塑性區(qū)域時(shí)硬涂層的合理厚度。 建立了可考慮屈服應(yīng)力溫度相關(guān)

3、的粗糙表面熱彈塑性接觸模型。研究了摩擦力和不同熱輸入情況下圓柱體與彈塑性平面的接觸力學(xué)特性。研究表明，在考慮剪切摩擦力作用后，彈塑性接觸壓力分布不再關(guān)于接觸區(qū)域中軸線對稱而出現(xiàn)了“塌陷”現(xiàn)象。忽略溫度相關(guān)效應(yīng)將高估最大接觸壓力而低估相應(yīng)外載荷下產(chǎn)生的接觸面積。由于材料屈服應(yīng)力隨溫度升高而降低，忽略溫度相關(guān)效應(yīng)的影響將高估材料的強(qiáng)度性能。求解了考慮屈服應(yīng)力溫度相關(guān)的粗糙表面熱彈塑性接觸問題，探討了摩擦熱效應(yīng)對表面溫升、接觸壓力和接觸體應(yīng)力

4、分布的影響。發(fā)現(xiàn)考慮屈服應(yīng)力溫度相關(guān)效應(yīng)后，相同接觸壓力作用下，粗糙表面接觸的平均間隙相對較小。相同載荷作用下，最高表面溫升略低于不考慮溫度相關(guān)效應(yīng)的表面溫升。 提出了考慮熱膨脹系數(shù)溫度相關(guān)效應(yīng)的熱彈塑性接觸模型。通過剛性圓柱體與半無限大平面的熱彈塑性接觸研究了熱膨脹系數(shù)溫度相關(guān)效應(yīng)對接觸體應(yīng)力分布及溫升分布的影響?？紤]熱膨脹系數(shù)溫度相關(guān)效應(yīng)后，接觸體的平均應(yīng)力水平相對較高，且等應(yīng)力線向左右兩端擴(kuò)展，熱膨脹系數(shù)溫度相關(guān)效應(yīng)對接觸