交大阚前华教授团队发表功能梯度材料热力耦合接触安定研究成果
近日，阚前华教授(shou)团队在功能梯度材(cai)料的热力耦合接触安(an)定(ding)研(yan)究上取得重要进展(zhan)，相关(guan)工作(zuo)以(yi)“Thermo-mechanically coupled sliding contact shakedown analysis of functionally graded coating-substrate structures”为题发(fa)表(biao)在机械科学领域顶级期刊《International Journal of Mechanical Sciences》（中科院一区TOP，IF:5.329）。博(bo)士研(yan)究生伏(fu)培林(lin)为第(di)一作(zuo)者，阚前华教授(shou)为通(tong)讯作(zuo)者。
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作为一种先进的(de)(de)复(fu)合(he)材(cai)料，功能(neng)梯(ti)度(du)(du)材(cai)料的(de)(de)微(wei)观组织(zhi)和材(cai)料性(xing)(xing)能(neng)在(zai)空(kong)间(jian)上存在(zai)连续梯(ti)度(du)(du)变(bian)化。当将其(qi)应(ying)用于(yu)接触部件表面的(de)(de)涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)强化时，合(he)理调控涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)内(nei)物性(xing)(xing)参(can)数的(de)(de)梯(ti)度(du)(du)分布(bu)形(xing)式，可以(yi)(yi)有(you)效避免因涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)和基(ji)体材(cai)料性(xing)(xing)能(neng)不匹(pi)配所导致的(de)(de)局(ju)部应(ying)力集中(zhong)效应(ying)，提高涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)在(zai)高温等恶劣(lie)环境中(zhong)的(de)(de)服(fu)役可靠性(xing)(xing)。然而(er)，在(zai)实际服(fu)役过程中(zhong)，功能(neng)梯(ti)度(du)(du)涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)工艺参(can)数仍需要不断优(you)化，以(yi)(yi)确(que)保接触部件在(zai)长期(qi)循环载(zai)荷作用下可以(yi)(yi)保持足(zu)够的(de)(de)承载(zai)能(neng)力。而(er)安(an)(an)定极(ji)(ji)限(xian)(xian)常常被(bei)用于(yu)表征弹塑性(xing)(xing)结构的(de)(de)极(ji)(ji)限(xian)(xian)承载(zai)能(neng)力。因此，开展功能(neng)梯(ti)度(du)(du)涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)/基(ji)体结构的(de)(de)安(an)(an)定分析并评估相应(ying)的(de)(de)接触安(an)(an)定极(ji)(ji)限(xian)(xian)，对于(yu)功能(neng)梯(ti)度(du)(du)涂(tu)层(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)参(can)数优(you)化以(yi)(yi)及在(zai)接触领域内(nei)的(de)(de)工业化应(ying)用具有(you)重要意义。
然(ran)而(er)(er)(er)，目前(qian)功能梯(ti)度(du)结(jie)构(gou)的安(an)定分析主要集(ji)中于Bree板、圆盘和空心球(qiu)等结(jie)构(gou)，而(er)(er)(er)针对功能梯(ti)度(du)涂层(ceng)/基体结(jie)构(gou)的接(jie)触(chu)安(an)定研究还比较匮乏。同时(shi)，表(biao)面涂层(ceng)的滑动接(jie)触(chu)过程往往伴随着剧烈的摩(mo)擦(ca)(ca)热效应，摩(mo)擦(ca)(ca)系数和屈服(fu)应力等接(jie)触(chu)参数会(hui)不可(ke)避(bi)免地发生(sheng)热致衰减(jian)行为(wei)，表(biao)现出显(xian)著的温度(du)相关(guan)(guan)性(xing)。然(ran)而(er)(er)(er)，在相关(guan)(guan)的接(jie)触(chu)安(an)定研究中，接(jie)触(chu)参数的温度(du)相关(guan)(guan)性(xing)通常被忽略(lve)，并不能合理反映摩(mo)擦(ca)(ca)热效应对接(jie)触(chu)安(an)定极限(xian)的影响。
鉴于此，西南交通大学阚前华(hua)教授团队考虑摩擦(ca)(ca)系数和屈服应力的(de)(de)温度相关性，基于静力安(an)(an)定(ding)理(li)论，构(gou)建了(le)功能梯(ti)度涂层/基体(ti)结构(gou)的(de)(de)热(re)力耦(ou)合滑动(dong)接触安(an)(an)定(ding)计(ji)算模型，详(xiang)细(xi)讨(tao)论了(le)摩擦(ca)(ca)热(re)效应和材料属性梯(ti)度分布(bu)指数对接触安(an)(an)定(ding)极限(xian)的(de)(de)影响(xiang)，可为功能梯(ti)度涂层工(gong)艺(yi)参数的(de)(de)进一(yi)步优化提供(gong)支撑。
图片摘要
该研(yan)(yan)(yan)究受到了国家(jia)(jia)重点研(yan)(yan)(yan)发计划(hua)项(xiang)目（No.: 2021YFB3703601）、国家(jia)(jia)自然科学基金（Nos.:12072295, U21A20167, 12192214和11872321）、四川(chuan)省应(ying)用(yong)基础(chu)研(yan)(yan)(yan)究项(xiang)目（No.:2021YJ0050）和中央高校基本科研(yan)(yan)(yan)业务(wu)费(fei)专项(xiang)资金（No.:2682021ZTPY098）的支持(chi)。
