本文關(guān)鍵詞：Ti-Si-N體系薄膜力學(xué)性能的模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：Ti-Si-N薄膜以其高硬度、抗高溫氧化性能好、摩擦系數(shù)小、彈性模量高、和基體的結(jié)合力強、熱穩(wěn)定性優(yōu)良等性能正在成為超硬材料研究領(lǐng)域里的研究熱點。本文基于商用有限元軟件Abaqus,研究了氮化硅含量、彈性模量及TiN晶粒尺寸、多層結(jié)構(gòu)對Ti-Si-N體系薄膜材料的力學(xué)性能的影響,并將部分計算結(jié)果與實驗進行了實驗驗證。論文主要結(jié)論如下：1.在多層TiN/SiN.../TiN模型中,隨著中間層SiN相含量的增加,其對應(yīng)力集中的阻礙作用越強,Ti-Si-N體系薄膜材料的韌性逐漸增加；TiN與SiN彈性模量相差越小,多層結(jié)構(gòu)對韌性的提高作用更明顯；保持SiN, TiN相含量不變,隨著薄膜層數(shù)的增加,層內(nèi)局部應(yīng)力集中緩解,但是層間應(yīng)力集中增加,薄膜韌性隨著薄膜層數(shù)的增加先顯著增加后保持恒定。2.在柱狀晶模型中,完全加載后,Mises應(yīng)力和S12切應(yīng)力隨著柱狀晶粒尺寸的減小分布更均勻,應(yīng)力集中逐漸減小；卸載后,等效塑性應(yīng)變分散度更好。但到達臨界點后薄膜的韌性不會繼續(xù)大幅增加。3.納米復(fù)合結(jié)構(gòu)中,SiN相可以阻礙應(yīng)力集中區(qū)的擴展,減小整個納米復(fù)合模型的應(yīng)力；隨著TiN晶粒尺寸的減小,Mises及S12切應(yīng)力均呈減少趨勢,Ti-Si-N模型材料的韌性是逐漸增加的;當(dāng)TiN和SiN相含量相當(dāng)時,納米復(fù)合結(jié)構(gòu)材料韌性大致和16列柱狀結(jié)構(gòu)相當(dāng)；此外,復(fù)合結(jié)構(gòu)薄膜在形變過程中均發(fā)生了塑性應(yīng)變。
【關(guān)鍵詞】：Ti-Si-N 納米壓痕 應(yīng)力 應(yīng)變 韌性 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 選題背景9
• 1.2 納米復(fù)合硬質(zhì)涂層韌性的研究現(xiàn)狀9-13
• 1.3 納米壓痕技術(shù)13-17
• 1.3.1 納米壓痕的一般概念13-14
• 1.3.2 納米壓痕技術(shù)的理論基礎(chǔ)14-16
• 1.3.3 納米壓痕技術(shù)的應(yīng)用16-17
• 1.4 國內(nèi)外壓痕試驗的仿真研究17-19
• 1.4.1 分子動力學(xué)仿真17-18
• 1.4.2 有限元仿真18-19
• 1.5 彈性力學(xué)與有限元方法19-22
• 1.5.1 彈性力學(xué)簡介19-20
• 1.5.2 有限元基礎(chǔ)理論20-21
• 1.5.3 高級有限元分析21-22
• 1.6 本課題研究的主要內(nèi)容22-23
• 第二章 納米壓痕測量過程的有限元仿真23-34
• 2.1 非線性有限元軟件ABAQUS簡介23-26
• 2.1.1 ABAQUS程序概述24-25
• 2.1.2 ABAQUS模塊和分析步驟25-26
• 2.2 幾何模型26-28
• 2.2.1 壓頭模型的幾何形狀27-28
• 2.2.2 被測試樣和基底的幾何形狀28
• 2.3 定義材料屬性和生成裝配件28-29
• 2.4 定義分析步及接觸邊界條件29-31
• 2.5 劃分網(wǎng)格31
• 2.6 生成、運行作業(yè)31
• 2.7 輸出結(jié)果31-33
• 2.8 有限元模型驗證33-34
• 第三章 多層結(jié)構(gòu)Ti-Si-N體系模型建立和結(jié)果分析34-57
• 3.1 模型的構(gòu)建34-35
• 3.2 氮化硅含量對Ti-Si-N多層薄膜力學(xué)性能的影響35-42
• 3.2.1 應(yīng)力和應(yīng)變分析35-40
• 3.2.2 納米壓痕實驗驗證和模擬優(yōu)化40-42
• 3.3 SiN彈性模量對Ti-Si-N薄膜力學(xué)性能的影響42-49
• 3.3.1 應(yīng)力和應(yīng)變分析43-47
• 3.3.2 載荷-位移曲線分析47-49
• 3.4 層數(shù)對材料Ti-Si-N薄膜力學(xué)性能的影響49-56
• 3.4.1 應(yīng)力和應(yīng)變分析49-55
• 3.4.2 載荷-位移曲線分析55-56
• 3.5 本章小結(jié)56-57
• 第四章 柱狀結(jié)構(gòu)Ti-Si-N體系模型建立和結(jié)果分析57-66
• 4.1 模型的構(gòu)建57-58
• 4.2 多列柱狀結(jié)構(gòu)對材料力學(xué)性能的影響58-65
• 4.2.1 應(yīng)力和應(yīng)變分析58-63
• 4.2.2 載荷-位移曲線分析63-65
• 4.3 本章小結(jié)65-66
• 第五章 納米復(fù)合結(jié)構(gòu)Ti-Si-N體系模型建立和結(jié)果分析66-77
• 5.1 模型的構(gòu)建66-67
• 5.2 復(fù)合結(jié)構(gòu)氮化鈦相含量對材料力學(xué)性能的影響67-76
• 5.2.1 應(yīng)力和應(yīng)變分析67-74
• 5.2.2 載荷-位移曲線分析74-76
• 5.3 本章小結(jié)76-77
• 第六章 結(jié)論與展望77-78
• 參考文獻78-85
• 碩士期間發(fā)表的論文85-86
• 致謝86

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