TiN涂層疲勞損傷的有限元分析.pdf

1、表面涂層技術(shù)在工程中的應(yīng)用愈來愈廣泛，機器零部件的配合部位涂敷耐磨涂層后，能有效地提高接觸區(qū)域內(nèi)的抗摩擦磨損能力，延長零部件的使用壽命。涂層與基體的結(jié)合界面由于加工工藝、材料性能的原因，存在各種缺陷，可能出現(xiàn)疲勞破壞；兩類材料性能的不同，界面將出現(xiàn)較大的應(yīng)力突變，影響到涂層/基體系統(tǒng)的疲勞性能。因此研究涂層/基體的疲勞特性，對其疲勞損傷失效過程作數(shù)值模擬具有重要的理論意義和工程價值。 本文采用有限元軟件ABAQUS對涂層/基體系

2、統(tǒng)的疲勞損傷過程進行了二維和三維有限元數(shù)值模擬分析，結(jié)合損傷力學中的損傷能量釋放率斷裂準則，定義了損傷的演化過程，以便模擬涂層/基體的損傷和擴展過程。把整個過程模擬成一個逐步加載的準靜態(tài)過程，應(yīng)用顯示時間積分方法求解。分別研究了TiN涂層/基體在一次加載條件下的破壞過程，在切向、徑向循環(huán)加載作用下的疲勞過程，以及涂層/基體中的應(yīng)力、應(yīng)變和塑性累積情況，并詳細討論了摩擦系數(shù)、外部載荷、涂層厚度對疲勞壽命的影響。通過對TiN涂層/基體系統(tǒng)的

3、數(shù)值模擬分析，得到了涂層/基體系統(tǒng)疲勞失效的一些典型規(guī)律： (1)、涂層基體的初始損傷首先出現(xiàn)在交界面處，然后沿界面并向基體中擴展，最后導(dǎo)致涂層斷裂而發(fā)生剝落失效； (2)、在切向滑動和徑向擠壓循環(huán)載荷作用下，交界面處的塑性損傷主要是由剪應(yīng)力τ產(chǎn)生，塑性累積也是由于△τ的變化引起，說明循環(huán)過程中剪應(yīng)力變化是影響涂層接觸疲勞破壞的主要因素； (3)、材料摩擦系數(shù)、外界載荷大小以及涂層厚度都對涂層/基體系統(tǒng)的承載能力