刚性圆形压头作用下热电材料半平面的无摩擦接触问题

热电材料可以将热能转化为电能,反之亦然,这一优良的性质将有助于研发更具成本效益的设备和器件。本文研究了刚性圆形压头作用在热电材料半平面的无摩擦接触问题。假定压头为电导体、热导体,且压头压入深度及与材料的接触区域宽度未知。首先求解电场和温度场,利用傅里叶变换得到了电势函数、温度、电流密度和能量通量的解析表达式。然后求解弹性场,利用积分变换和边界条件,将该热弹性接触问题转化为第一类奇异积分方程并数值求解。数值结果讨论了压头半径和热电载荷对法向接触应力、电流强度因子和能量通量强度因子的影响。结果表明,对于圆压头,热电材料的法向电流密度、法向能量通量在接触边缘表现出奇异性,而表面法向接触应力在接触边缘为零。本文建立的研究模型有助于更深层次的了解热电材料的接触行为。     

ECAP过程压头压力的分析——试验与模拟

结合试验与数值模拟探讨了等通道转角挤压（EqualChannelAngularPressing,简称ECAP）过程中影响压头压力的主要因素。通过试验考察了A、Ba、Bc、C等四种挤压路径下压头压力测试的统计平均分布特征和大小、挤压速度对于压头压力的影响、其它影响压头压力的因素;试验结果显示了不同路径、不同挤压道次对压头压力大小的影响及压力值的显著差别。另外,针对等通道转角挤压过程中模具的转角角度、转角半径、模具与挤压试样之间的摩擦条件等因素与压头中压力的关系,采用有限元方法进行了大应变数值模拟。模拟结果显示：较小的模具转角、较大的转角曲率、粗糙的接触表面会显著增加压头中压力;试验与模拟研究可为ECAP过程及类似加工过程的力学分析提供参考。     

球形压头与单晶铝材料纳米接触过程的多尺度分析

采用准连续介质多尺度理论及排斥力场函数, 建立了刚性球形压头与单晶铝材料表面纳米接触与脱离过程的跨尺度分析模型, 得到载荷-位移响应曲线、原子变化状态图及位移云纹图. 研究了接触与脱离过程中单晶铝材料微观变形时原子的排列情况以及压 头形状对位错的形核和发射产生的影响. 从微观角度分析了接触变形机理. 结果表明, 随着接触深度的增加, 球形压头下部两侧的原子受力方向不断变化, 使得载荷-位移响应曲线出现不同于方形压头的阶梯状. 由于压头形状的影响, 压头两侧的密排原子面实现部分滑移形成了肖克利不完全位错. 脱离过程中, 原子紧贴压头向上移动, 实现部分弹性恢复, 残余位移为0.3 nm, 非常接近单晶铝单位位错的伯格斯矢量的 模0.285 nm. 关键词： 准连续介质法 球形压头 单晶铝材料 位错     

具周期裂纹的半平面周期接触问题的奇异积分方程数值解法

运用Hilbert核的奇异积分方程的数值解法研究具任意形状裂纹的各向同性弹性半平面在周期压头作用下的周期接触问题,将所考虑问题转化为第一型或第二型的奇异积分方程组．最后给出带垂直裂纹的半平面在光滑平底压头作用下的数值结果．令α→∞时,就得到非周期经典结果．     

考虑压头曲率半径的J2形变理论压痕有限元分析

采用经典J2形变理论,在考虑压头曲率半径的前提下,针对几组微压痕实验进行了有限元数值模拟,给出理论计算结果并与实验进行了系统比较．结果发现考虑了压头曲率半径后的经典J2形变理论得到的整段计算曲线不能和实验曲线吻合,可以推理出即使考虑压头曲率半径的的影响,经典J2形变理论也不能很好地解释实验现象．     

天然金刚石与合成金刚石的耐磨性比较及磨损的各向异性

利用软压头技术，研究了室温条件下天然金刚石和ＤｅＢｅｅｒｓ公司生产的大工合成金刚石的摩擦磨损行为。结果表明，磨损时，金刚石对摩擦方向敏感。存在有磨损的各向异生。「１１０」方向的耐磨性是「１００」方向的二倍。天然金刚石的耐磨性比人工合成金刚石高，这种现象是由于氮原子在金刚石晶格中位置不同的结果。     

点接触加载条件下金刚石薄膜的破坏行为

本文利用软压头技术,探讨了金刚石薄膜材料在点接触加载条件下的破坏形式以及外加应力与薄膜破坏之间的关系.     

温度对金刚石表面变形的影响

利用软压头技术,研究了摩擦条件下温度对Ⅰb型人造金刚石、Ⅰa型和Ⅱa型天然金刚石表面变形的影响.结果表明,这三种金刚石的脆-塑性转变温度的顺序为:Ⅰb＜Ⅰa＜Ⅱa.金刚石的塑性变形抗力随温度升高急剧下降.在1400℃时,三种金刚石的塑性变形抗力趋于一致.     

利用球形压头研究聚碳酸酯的微米划痕性能

采用100Cr6球形压头系统研究了法向载荷、划痕速度和划痕次数对聚碳酸酯划痕性能的影响. 结果表明:在单次和第15次划痕中,法向载荷增加时,摩擦系数和压入深度增加;划痕速度增加时,摩擦系数先增加后减小,压入深度减小;法向载荷增加或划痕速度减小时,残余深度增加,弹性恢复率减小. 对于多程单向滑动磨损,随着划痕次数增加,划痕宽度线性增加,划痕硬度线性减小;摩擦系数、压入深度和残余深度均呈增加趋势,但增长的速率逐渐降低,一定次数后达到稳定;压入深度和残余深度达到稳定时的划痕次数随法向载荷的增加而减小. 第15次划痕中,随着法向载荷增加,划痕宽度增加,残余划痕硬度和几何划痕硬度变化趋势相反;划痕宽度随划痕速度的增加而减小,划痕硬度随划痕速度的增加而增加,最后均趋于稳定.