隨著材料科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,工業(yè)領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊笤絹?lái)越高。作為服役性能的重要因素之一,材料摩擦磨損特性的研究近年來(lái)成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。劃痕作為一種高分辨率的測(cè)試方法,不僅有助于分析材料微觀力學(xué)性能,且對(duì)微溝槽加工機(jī)理及材料可加工性研究具有重要意義。劃痕測(cè)試方法能測(cè)量材料表面的摩擦系數(shù)、刻劃抗力與動(dòng)態(tài)劃痕硬度等力學(xué)參數(shù),還能研究切削加工中材料的可加工性和工藝參數(shù)優(yōu)化等問(wèn)題,因此在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,常用于薄膜/涂層等各類(lèi)材料力學(xué)性能的測(cè)試分析中。近年來(lái),劃痕方法在理論、儀器研發(fā)和應(yīng)用等方面迅速發(fā)展,對(duì)儀器精度及測(cè)試因素要求也越來(lái)越高,然而劃痕測(cè)試過(guò)程較為復(fù)雜,在試驗(yàn)過(guò)程中不可避免的受到諸多因素影響,如機(jī)械裝配導(dǎo)致的不垂直、材料凸起或凹陷引起的接觸深度誤差等。因此,開(kāi)展對(duì)劃痕過(guò)程的影響因素分析是很有必要的。為了更加深入了解各因素對(duì)材料變形損傷機(jī)制的影響,利用仿真手段對(duì)劃痕過(guò)程進(jìn)行分析,能夠有助于解釋試驗(yàn)現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)新的物理現(xiàn)象,揭示材料內(nèi)部的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)。本文針對(duì)劃痕過(guò)程開(kāi)展了基于光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH）方法的仿真研究,討論了不同使役條件對(duì)材料摩擦磨損性能及溝槽形貌的影響;為驗(yàn)... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

原位摩擦計(jì)[31]

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文Mohs 應(yīng)用該方法首次在材料表面進(jìn)行了刻劃[29]。而后在 1950 年，研究學(xué)者 Heaven首次針對(duì)薄膜材料開(kāi)展了刻劃試驗(yàn)，成功地測(cè)得了薄膜材料與基體間的結(jié)合力[30]。隨后越來(lái)越多的研究學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究，并提出了利用載荷-深度曲線測(cè)量接觸面積的處理方法，推進(jìn)了納米壓痕/劃痕測(cè)試的發(fā)展。測(cè)試技術(shù)的高速發(fā)展是以精準(zhǔn)的測(cè)試儀器作為基礎(chǔ)的，在發(fā)展初期，許多研究機(jī)構(gòu)自行研制高精度裝置進(jìn)行劃痕測(cè)試研究。1999 年，M.Yoshino 等人設(shè)計(jì)了一種摩擦計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在掃描電子顯微鏡（SEM）下對(duì)單晶硅的原位劃痕測(cè)試[31]，儀器結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。2004 年，R.Babe，J.Mickler 等人設(shè)計(jì)了一種小尺寸的納米壓痕/劃痕測(cè)試裝置，并置于掃描電子顯微鏡（SEM）下對(duì)材料的微觀力學(xué)行為進(jìn)行原位觀測(cè)，如材料的變形、裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展[32,33]，該裝置如圖 1.2 所示。

(c) 英國(guó) MML 公司的Nano Hardness Tester[37](d)瑞士 CSM 公司的Nano Indentation Tester[38]圖 1.3 部分劃痕測(cè)試典型儀器我國(guó)在壓痕/劃痕測(cè)試儀器研發(fā)方面起步略晚且由于技術(shù)封鎖等原因，商業(yè)技術(shù)水平相對(duì)落后，部分學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)自制儀器開(kāi)展試驗(yàn)研究。西安蔣莊德、中科院力學(xué)研究所張?zhí)┤A、裝甲兵工程學(xué)院馬德軍以及吉林大學(xué)題組[39-45]等基于自制儀器開(kāi)展了一些工作，研制的部分測(cè)試儀器如圖 1.4


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