應(yīng)用有限元方法對(duì)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(duì)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(duì)接觸壓力、接觸面積、表面輪廓變形及接觸體應(yīng)力場(chǎng)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(duì)多層介質(zhì)粗糙表面熱彈塑性接觸模型進(jìn)行分析。針對(duì)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，涂層厚度對(duì)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(duì)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)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(duì)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(duì)表面溫升、接觸壓力和接觸體應(yīng)力分布的影響。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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)接觸體溫升分布影響較小。 最后，總結(jié)了全文，指出今后的研究方向。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2007
【中圖分類】：TH117.1
【部分圖文】：

第二章彈塑性接觸問題對(duì)涂層和基體劃分有限元三角形單元，共15415個(gè)結(jié)點(diǎn)，30300個(gè)單元(圖2-10)�；w材料的基本參數(shù)為:彈性模量E:=200GPa，泊松比。=0.3，屈服極限a二一600Mpa，厚度為l·omm。涂層材料的彈性模量分別選取E。一 1ooGpa、20oGpa和400Gpa，屈服極限分別為。二=30oMpa、600Mpa、120oMpa、180oMpa和3000Mpa，涂層厚度選取H。=10R。，4oRm，100R。。采用線性彈塑性應(yīng)變硬化模型[26]。八認(rèn)了﹁||

’’掣粉嘩 嘩蝕茲 茲 (e)noeoating圖2一 19NEPP模型在不同涂層情況下的應(yīng)力分布圖— NoCoating--一EdES二0.5:co400 2.co皇 OldajnsS小du七四。00。.00Ooo、:t曰Illlll“從湘汁日，;·﹄.、門日以付計(jì)」O毛幾1·，二;·2加Oco圖眾20。.帕。e0O即，的刀L2一20壓力分布與變形輪廓圖!9

卜卜、 、*///)))尸洲二，尹萬卜滲)「「卜、、.》、卜 卜 rrr圖3一1熱彈塑性變形(O:原始輪廓，M:壓力作用卜變形后的輪廓，T:摩擦熱作用變形后的輪廓)(a)通過對(duì)稱擴(kuò)展生成的粗糙表面輪廓及涂層介質(zhì)O(b)接觸、摩擦熱以及熱邊界圖3一2受摩擦熱約束的粗糙峰接觸的描述
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