含多粗糙峰涂层等效应力的有限元分析

研究刚性平面与含粗糙峰涂层在二维与三维模型下的弹性接触问题,采用有限元法分析涂层弹性模量比、涂层厚度、粗糙峰间距、刚性平面压下深度对涂层粗糙峰表面、涂层/基体界面分布及基体等效应力分布的影响。计算结果表明压下深度对三维涂层粗糙峰表面最大应力的影响最大,涂层厚度、涂层/基体弹性模量比、粗糙峰间距的变化对应力值影响逐渐减小;增大涂层厚度、减小压下深度和粗糙峰间距、降低弹性模量比会使得三维接触模型最大等效应力值显著降低;增加涂层粗糙峰数和涂层厚度、同时降低涂层弹性模量有助于提高涂层/基体界面结合强度。相对于二维接触模型来说三维接触模型在粗糙峰表面的等效应力增大,造成这种变化的主要原因是由于涂层表面粗糙峰之间的等效应力叠加引起的。该研究为涂层粗糙峰及涂层/基体界面强度的应力分析提供依据。     

金属基/陶瓷复合双涂层的正接触应力分析

以球形压头为模型，采用I—deasCAD／CAE软件对Hertz弹性接触状态下金属基／陶瓷双涂层系统的应力分布情况进行了理论建模，并基于模型计算了在不同的涂层厚度／接触半宽度比和外涂层／过渡层／基体弹性模量比情况下的应力分布情况。双层系统具有相同的厚度和不同的弹性模量。论述了无涂层弹性半空间体的有限元分析结果与经典的Hertz接触力学解析解结果的一致性，计算结果有助于工程中陶瓷涂层的设计与应用。     

铝硅聚苯酯封严涂层切向载荷作用下应力分布的有限元分析

在封严涂层弹性模量试验的基础上,建立封严涂层摩擦有限元模型,对民航发动机铝硅聚苯酯封严涂层的摩擦过程进行有限元分析。分析了摩擦系数、涂层厚度和粘结层厚度等参数对涂层/粘结层/基体系统应力分布的影响。分析结果表明:在切向载荷的作用下,随着摩擦系数的增大,涂层表面、涂层与粘结层的界面以及粘结层和基体界面处的应力峰值均增大;随着涂层厚度的增大,涂层表面及两界面处的应力峰值均减小,但当涂层厚度达到一定程度后,继续增加涂层厚度对降低应力峰值的效果不明显;粘结层厚度在一定范围内的变化对涂层表面和涂层与粘结层界面处的应力变化影响不大,但随着粘结层厚度的减小,粘结层与基体界面处的应力峰值均增大。     

涂层弹性模量对配气凸轮应力分布影响研究

研究了涂层对凸轮接触应力分布的影响。通过有限元仿真的方法,为涂层赋予不同弹性模量的属性,对凸轮的应力分布进行分析。结果表明,涂层能有效的减小凸轮基体表面的应力,但涂层过大的弹性模量会使导致涂层与基体的材料失配。     

单层涂层最佳厚度的有限元分析

采用有限元数值计算的方法对TiN、TiC、Si3 N4及SiC四种材料的硬涂层体系表面下的应力分布进行了模拟分析。结果表明 ,对于TiN材料 ,当涂层厚度与接触半宽之比t/a <0 .3时 ,表面下的最大剪应力分布对提高轴承疲劳寿命较为有利 ;t/a =0 .5时 ,涂层系统的摩擦力学性能最差。涂层厚度较薄时 ,位于赫兹接触中心附近的涂层表层上的最大剪应力要远大于基体内的最大静态剪应力 ;当t/a >0 .1时 ,涂层表面上的最大剪应力对提高轴承疲劳寿命较为有利 ;涂层材料与基体材料的弹性模量之比小于 2 .0时 ,有利于提高涂层系统的疲劳寿命     

固体润滑滚子轴承的接触表面应力分析研究

为获得固体润滑滚动轴承滚动体与滚道处的接触应力,通过固体润滑滚子轴承拟动力学分析并考虑涂层的影响,获得了滚子轴承稳定运行过程中滚动体的力载分布。通过建立带涂层接触的平面应变问题的力学模型,将涂层与基底两种材料的特性等效为一种材料来求解滚子与接滚道触应力分布情况,并与轴承的拟动力学分析相结合,获得了滚子轴承中滚动体与固体润滑膜接触表面的接触变形、接触半径与外加载荷之间的关系,讨论了不同涂层的弹性模量以及不同涂层厚度对接触界面应力分布的影响。当涂层弹性模量比基底大时,涂层的存在使得接触半宽减少,最大名义接触应力增加;涂层弹性模量比基底小时,则与之相反。当涂层的厚度<0.01mm时,涂层的存在对固体润滑滚子轴承的接触表面应力分布影响较小;在一定范围内,当涂层的厚度逐渐增大时,涂层对轴承接触表面应力分布的影响增大。     

二维多粗糙峰涂层表面的弹塑性接触力学分析

应用有限元方法对二维多粗糙峰涂层表面的弹塑性接触力学行为进行了分析。对不同涂层材料弹性模量、不同屈服极限、不同涂层厚度及不同表面形貌的粗糙表面与刚性平面的弹塑性接触问题进行了模拟,分析了这几种因素对接触压力、接触面积、表面轮廓变形及应力场分布的影响。     

热源影响下的涂层板滑动接触问题研究

基于离散卷积快速傅里叶变换(DC-FFT),推导了三维热弹性涂层压头-涂层板接触问题的频率响应函数的半解析解,应用数值模拟方法验证了半解析解的正确性,进而探讨涂层压头及涂层板的接触应力与涂层厚度h之间的关系.结果表明:三维热弹性域下涂层厚度与表面接触压力表现为负增长趋势,随着涂层厚度增加,表面接触压力呈现先快后慢的下降规律,涂层与基体弹性模量与接触压力之间呈现一次线性递增关系,表面接触压力增加速率与涂层厚度有较大关系,涂层与基体之间泊松比、热源Q对接触压力也具有较大程度的影响.     

铝硅聚苯酯封严涂层抗热冲击性能的数值模拟研究

铝硅聚苯酯封严涂层在航空发动机中有着广泛的应用,抗热震性能是评价其可靠性的重要标准。采用三点弯曲法测得封严涂层弹性模量,结合有限元软件ABAQUS对封严涂层热冲击过程中的应力分布进行模拟,探究粘接层厚度对应力变化的影响。结果表明,在一定范围内,随着粘接层厚度的增加,涂层表面应力和层交界处拉应力呈下降趋势,但部分点的压应力增加。结合封严涂层热震试验,目前的封严涂层抗热震性符合使用标准,为了进一步提高涂层抗热震性,可适当增加粘接层厚度。     

摩擦系数f与涂层弹性模量Ec对超硬膜／基体系承载能力影响的研究

本文研究了摩擦系数f、除层弹性模量Ec对气相沉积超硬涂层膜/基体系承载能力的影响规律，获得了不同的Ec及f条件下膜/基界面两侧的应力的分布规律，以及应力极值随参数Ec与f的变化曲线，指出摩擦系数的最佳范围为f≤0。25；涂层膜量Ec应尽可能与底材模量接近，并指出f对超硬涂层的失效形式的影响；随着f增大，膜/基体系失效形式由底材屈服导致涂层拉裂，转化为涂层剪断与剥离，其结论为正确选用合适的涂层、基体材料、沉积工艺及确定膜/基体系应用工况提供了依据。