仪器化压入刚性压头有限元模型适用性问题分析

文中利用有限元软件ABAQUS分别对基于刚性压头和弹性压头的仪器化压入模型进行了建立与计算,并将刚性压头的模型仿真所得的压入比功We/Wt及仪器化压入Oliver-Pharr硬度HO-P与理想弹性压头的模型仿真结果进行对照。结果表明,刚性压头模型仿真识别压入比功We/Wt的相对误差变化范围为-2.6%^-31.8%,Oliver-Pharr硬度HO-P的相对误差变化范围为-0.3%~26.5%,其中对低强度材料进行仿真的结果与弹性压头模型相近,误差一般不超过5%,而随着材料强度的升高,其仿真误差显著增大,对于超高强度的材料的仿真计算压头弹性不可忽略,刚性压头模型应谨慎选用。

二维弹性层受刚性压头作用下的接触问题

对于二维均匀弹性层在刚性平压头和刚性圆柱形压头作用下的无摩擦接触力学问题,首先利用叠加原理,从接触力学的基本解得出对应于压头问题的奇异积分方程,然后借助Plemelj公式,将奇异积分方程化为经典的Riemann问题进行求解,可得出接触区内两种压头的压力分布解析解.

刚性平压头作用下双重孔隙介质半平面接触问题

针对刚性平压头与双重孔隙介质半平面接触时的静力响应展开研究。基于Biot型双重孔隙介质弹性理论及接触边界条件建立基本求解方程;考虑Fourier积分变换域内特征值的特性,再通过求解柯西积分方程,得到了问题频域内的解析解,包括应力场、位移场。利用Fourier逆变换进行数值求解,分析了基质孔隙与裂隙孔隙之间交互作用对接触表面附近力学响应的影响规律。结果表明:随着两种孔隙率的增大,竖向位移和孔隙压力随之增大,而竖向正应力则减小,且基质孔隙率的影响较为显著。

表面应力对平压头摩擦接触问题的影响

基于Gurtin-Murdoch表面理论,采用Fourier积分变换法,讨论了具有表面效应的刚性平压头与弹性半平面摩擦接触问题,得到问题的奇异积分方程.再利用Gauss-Chebyshev求积公式,得到受表面应力和摩擦影响的弹性半平面应力和位移的数值解.结果表明,当压头尺寸下降到纳米量级时,表面应力效应显著,可消除压力和应力在接触边缘处的奇异性,并减小表面位移且使得位移梯度在边缘处连续.此外,在考虑表面应力情形下,摩擦的影响几乎可以忽略.

典型压头作用下EMP复合材料表面的法向接触

利用弹性—粘弹性对应原则,推导了球体、圆柱体和锥形体等典型外形压头法向无摩擦力作用下的EMP轴瓦表层的应力、应变方程。所得结论将对以后摩擦与磨损行为研究起到理论指导作用,其研究方法具有一定的推广性。

接触问题中应力强度因子的有限元分析

为分析刚性压头与弹性半平面接触时的触压场边缘应力场以及应力强度因子,以碳钢的弹性半平面为例,运用ANSYS软件进行了具体模拟分析。结果表明,触压场应力是对称分布的,且在边缘处急剧增大至最大,存在明显的应力集中现象;不同的载荷、材料特性、几何形状对应力强度因子均有不同的影响。据此可对不同工况的触压场中应力强度因子在没有理论值的情况下通过有限元方法得到。