›› 2012, Vol. 42 ›› Issue (04): 857-862.
庄蔚敏, 陈延红
ZHUANG Wei-min, CHEN Yan-hong
摘要: 针对传统宏观力学研究涂层问题的局限性,开展了基于损伤力学的表面涂层有限元模拟方法研究。首先建立损伤力学材料模型;然后通过有限元软件ABAQUS提供的子程序(VUMAT)接口,将该材料模型嵌入到ABAQUS求解器;最后对涂层进行数值模拟以分析涂层的力学性能。用该材料模型分析不仅可以得到涂层的应力分布,而且可以得到涂层在载荷作用下的损伤过程。通过研究反力与涂层厚度的关系,提出用裂纹穿透涂层时的反力来衡量涂层的承载能力。此外,还可以根据在一定载荷作用下涂层厚度与裂纹深度的关系得到涂层的临界厚度,进而为涂层厚度设计提供参考。
中图分类号:
[1] 胡传炘,宋幼惠. 涂层技术原理与应用[M]. 北京:化学工业出版社,2000. [2] Zhuravleva P,Treninkov I,Sbitneva S,et al. Investigation into the structure of TiN single-layer and TiN/ZrN multilayer coatings[J]. Nanotechnologies in Russia,2010,5(9-10):669-675. [3] Jia Zheng-feng,Xia Yan-qiu,Pang Xian-juan,et al. Tribological behaviors of different diamond-like carbon coatings on nitride mild steel lubricated with benzotriazole-containing borate esters[J]. Tribology Letters, 2011,41(1):247-256. [4] 张显程,徐滨士,王海斗,等. 功能梯度涂层热残余应力[J]. 机械工程学报,2006,42(1):18-22. Zhang Xian-cheng, Xu Bin-shi, Wang Hai-dou,et al. Thermal residual stresses in functionally graded coatings[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006,42(1):18-22. [5] Panich N,Sun Y. Effect of penetration depth on indentation response of soft coatings on hard substrates:a finite element analysis[J]. Surface and Coatings Technology,2004,182(2-3):342-350. [6] Lemaitre J. Engineering Damage Mechanics[M]. Berlin:Springer,2010. [7] Lin J,Hayhurst D,Dyson B. A new design of uniaxial testpiece with slit extensometer ridges for improved accuracy of strain measurement[J]. International Journal of Mechanical Sciences,1993,35(1):63-78. [8] Lin J,Liu Y,Farrugia D,et al. Development of dislocation based-unified material model for simulating microstructure evolution in multipass hot rolling[J]. Philosophical Magazine A,2005,85(18):1967-1987. [9] Wang S,Lin J,Balint D. Modelling of failure features for TiN coatings with different substrate materials[J]. Journal of Multiscale Modeling,2011, 3(1-2):49-64. [10] Jaroslav M. Coatings and surface modification technologies:a finite element bibliography (1995-2005)[J]. Modelling and Simuation in Materials Science and Engineering,2005,13:935-979. [11] Jayaram V, Bhowmicka S, Xie Z, et al. Contact deformation of TiN coatings on metallic substrates[J]. Materials Science and Engineering A, 2006, 423:8-13. [12] Souza R M, Sinatora A, Mustoe G G W, et al. Numerical and experimental study of the circular cracks observed at the contact edges of the indentations of coated systems with soft substrates[J]. Wear, 2001, 251:1337-1346. [13] Kenneth H,Anssi L,Henela R,et al. A model for stresses, crack generation and fracture toughness calculation in scratched TiN-coated steel surfaces[J]. Wear,2003,254:278-291. |
[1] | 董伟,宋佰达,邱立涛,孙昊天,孙平,蒲超杰. 直喷汽油机暖机过程中两次喷射比例对燃烧和排放的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1755-1761. |
[2] | 贾拓,赵丁选,崔玉鑫. 铰接式装载机倾翻预警方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(6): 1762-1769. |
[3] | 林学东, 江涛, 许涛, 李德刚, 郭亮. 高压共轨柴油机起动工况高压泵控制策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1436-1443. |
[4] | 臧鹏飞, 王哲, 孙晨乐, 林炼炼. 直线增程器稳态运行换气过程[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1455-1465. |
[5] | 李志军, 汪昊, 何丽, 曹丽娟, 张玉池, 赵新顺. 催化型微粒捕集器碳烟分布及其影响因素[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1466-1474. |
[6] | 秦静, 徐鹤, 裴毅强, 左子农, 卢莉莉. 初始温度和初始压力对甲烷-甲醇裂解气预混层流燃烧特性的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(5): 1475-1482. |
[7] | 宫洵, 蒋冰晶, 胡云峰, 曲婷, 陈虹. 柴油机主-从双微元Urea-SCR系统非线性状态观测器设计与分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1055-1062. |
[8] | 钟兵, 洪伟, 金兆辉, 苏岩, 解方喜, 张富伟. 进气门早关液压可变气门机构运动特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 727-734. |
[9] | 席雷, 徐亮, 高建民, 赵振, 王明森. 厚壁矩形带肋通道内蒸汽流动及传热特性[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 752-759. |
[10] | 许秀军, 李震, 王立权, 张同喜. 海流边界下初始铺管作业建模及半物理仿真[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 803-811. |
[11] | 李因武, 吴庆文, 常志勇, 杨成. 基于仿生斗齿的反铲液压挖掘机动臂仿真优化设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(3): 821-827. |
[12] | 李龙, 张幽彤, 左正兴. 变负载控制在自由活塞内燃发电机的缸压控制中的应用[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 473-479. |
[13] | 刘汉光, 王国强, 孟东阁, 赵寰宇. 液压挖掘机履带行走装置的合理预张紧力[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 486-491. |
[14] | 田径, 刘忠长, 刘金山, 董春晓, 钟铭, 杜文畅. 基于燃烧边界参数响应曲面设计的柴油机性能优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 159-165. |
[15] | 卫海桥, 裴自刚, 冯登全, 潘家营, 潘明章. 压电喷油器多次喷射对GDI汽油机颗粒物排放的影响[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 166-173. |
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