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作者：郭桃英兰州理工大学

学位级别：硕士

本文基于表面弹性理论,研究了表面效应和摩擦对纳米接触问题的影响。采用应力函数的Fourier积分变换法,得到问题的奇异积分方程。再通过Gauss-Chebyshev求积公式将奇异积分方程数值化,得到问题的数值解。最后,数值结果说明了表面效应和... 详细信息

本文基于表面弹性理论,研究了表面效应和摩擦对纳米接触问题的影响。采用应力函数的Fourier积分变换法,得到问题的奇异积分方程。再通过Gauss-Chebyshev求积公式将奇异积分方程数值化,得到问题的数值解。最后,数值结果说明了表面效应和摩擦对平表面处的接触压力、应力和位移的影响。主要内容包括以下两个方面:(1)刚性平压头摩擦滑动在弹性半平面上的接触问题。结果表明,表面效应的影响显著,明显减小了平表面处的位移。此外,随着压头尺寸越来越小,表面效应逐渐消除接触边缘处压力和应力的奇异性,并使得位移梯度跨过边界处连续。但在考虑表面效应的情形下,摩擦对压力分布、表面法向应力和位移的影响几乎可以忽略。(2)圆柱体摩擦嵌入弹性半平面的接触问题。结果发现,表面效应的存在明显减小了接触宽度且使得压力分布在整个接触区域内更均匀。此外,表面效应使得形变表面的应力和位移梯度在边界处连续,但依然可以忽略摩擦对压力分布、表面法向应力和位移的影响。

关键词：表面效应平压头圆柱压头弹性半平面摩擦接触问题 Fourier积分变换

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具有表面效应的二维纳米接触问题的研究

具有表面效应的二维纳米接触问题的研究

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作者：刘晓艳兰州理工大学

学位级别：硕士

接触力学是一门研究两物体因受压相触后产生的局部应力和应变分布规律的学科。接触力学广泛应用于工业生产,而随着纳米科学与技术的发展,接触力学的应用更可以扩展到微粒子和纳米技术领域。在纳米尺度下,由于表面和界面在整体中所... 详细信息

接触力学是一门研究两物体因受压相触后产生的局部应力和应变分布规律的学科。接触力学广泛应用于工业生产,而随着纳米科学与技术的发展,接触力学的应用更可以扩展到微粒子和纳米技术领域。在纳米尺度下,由于表面和界面在整体中所占比例显著增加,其影响逐渐重要,使得纳米材料和纳米结构元器件的力学行为同宏观尺度显著不同,如尺度相关性以及热弹性等。在经典的弹性理论中,由于本构方程中不含有内禀长度,因而其理论预测结果与尺度无关。同分子动力学的比较表明,考虑了表／界面能影响的表面弹性理论能够很好地反映纳米尺度上的一些力学特征。本文基于表面弹性力学,利用Fourier积分变换的方法,研究具有表／界面效应的二维无摩擦纳米接触问题。主要内容包括以下的两个方面：（1）研究具有表面效应的切向三角形分布力。利用Fourier积分变换的方法,得到此种分布力作用下应力与位移的基本解。结果表明：由于表面效应的影响,接触应力和表面位移平稳的通过加载边界。该结论不同于经典弹性理论中已有的结果。（2）研究具有表面效应的刚性平压头与弹性半平面的二维纳米接触问题。结果表明：表面张力改变了接触区的压力分布和接触宽度,除此之外,随着压头尺寸减小到纳米级,表面张力使得正应力的奇异性逐渐消失。

关键词：接触力学表/界面效应切向三角形分布力平压头 Fourier积分变换 Gauss-Chebyshev积分公式

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偶应力理论下涂层半平面的无摩擦接触分析

偶应力理论下涂层半平面的无摩擦接触分析

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2018年全国固体力学学术会议

作者：宋红霞柯燎亮汪越胜北京交通大学土木建筑工程学院力学系

本文研究了基于偶应力理论的平压头作用于均匀涂层半平面的无摩擦接触问题。偶应力理论通过在本构关系中引入特征材料长度来描述微结构材料的尺寸效应。我们通过应用Fourier积分变换以及叠加原理,将该问题转换为含有法向接触压力的第一... 详细信息

本文研究了基于偶应力理论的平压头作用于均匀涂层半平面的无摩擦接触问题。偶应力理论通过在本构关系中引入特征材料长度来描述微结构材料的尺寸效应。我们通过应用Fourier积分变换以及叠加原理,将该问题转换为含有法向接触压力的第一类柯西奇异积分方程。随后,使用高斯-切比雪夫积分求积公式得到接触压力的数值解,并且给出了法向接触应力在不同材料特征长度以及材料涂层刚度下的分布情况。结果表明偶应力理论中微结构材料表现出很强的尺度依赖性,并且越硬的材料需要更大的接触压力。

关键词：偶应力平压头涂层半平面尺寸效应奇异积分方程

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铜多晶平头压痕疲劳研究

铜多晶平头压痕疲劳研究

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作者：许宝星西北工业大学

学位级别：硕士

作为一种局部的非破坏的试验方法，压痕试验技术在材料力学性能的测定中已经得到了广泛的应用。本文针对当前压痕试验还没有应用于测定材料疲劳特性方面的限制，通过对多晶铜在压痕疲劳载荷作用下的行为研究，采用理论、试验和有限元模... 详细信息

作为一种局部的非破坏的试验方法，压痕试验技术在材料力学性能的测定中已经得到了广泛的应用。本文针对当前压痕试验还没有应用于测定材料疲劳特性方面的限制，通过对多晶铜在压痕疲劳载荷作用下的行为研究，采用理论、试验和有限元模拟相结合的方法，较为系统深入的研究了多晶铜的压痕疲劳行为以及影响因素，主要取得以下几个方面的研究成果。推导了弹性和粘弹性半无限大体压痕疲劳载荷作用下的压痕载荷—压入位移表达式。关系式揭示出弹性和粘弹性材料的压入位移是疲劳载荷时间变化的线性函数。通过与其它压头形状下的关系式对比，说明采用平压头研究压痕疲劳更具有优势。另外，粘弹性材料在疲劳载荷作用下的压痕载荷—压入位移关系式也为确定粘弹性材料弹性模量提供了一种新途径。通过多晶铜在恒幅和变幅疲劳载荷下的压痕疲劳试验现象发现：压痕载荷—压入位移曲线存在滞后环现象，且没有发现闭合，证实了压痕疲劳中存在压痕棘轮现象。每一个疲劳加载块作用下对应的压入位移—循环数曲线都可以划分为两个阶段：瞬态增加和稳态增加阶段，证实了稳态压痕深度率的存在。通过考虑影响多晶铜压痕疲劳的影响因素，建立了压痕疲劳与疲劳载荷幅值、均值之间的关系式。此关系式初步建立了压痕疲劳与常规疲劳之间的关系，同时，也为利用压痕疲劳试验测定材料的疲劳特性奠定了基础。研究了多晶铜在压痕变幅疲劳作用下压痕深度的扩展行为。研究表明单纯的疲劳过载和疲劳峰值欠载可以促进压痕深度的扩展;而单纯疲劳欠载和峰值过载却对压痕深度的扩展产生了延迟作用。结论反映出压痕疲劳深度扩展与疲劳裂纹扩展之间存在相似性。分析了压痕疲劳作用下多晶铜的横界面微观组织结构特点。揭示出多晶铜压痕疲劳深度扩展的主要机理为压头下方和压痕周围堆积处微空洞聚集以及裂纹形核扩展。且压痕疲劳深度扩展的宏观机理可以采用塑性区残余应力模型进行有效解释。

关键词：平压头压痕疲劳试验疲劳裂纹扩展铜多晶微观结构压痕深度扩展有限元

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压入实验考虑曲率时弹性模量的确定方法

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北京生物医学工程 2012年第5期31卷 441-444,449页

作者：钱秀清张昆亚张海霞刘志成首都医科大学生物医学工程学院北京100069

目的针对平压头压入曲面材料的问题,提出了考虑曲面曲率时弹性模量的确定方法。方法首先利用有限元方法研究曲率对压入响应的影响,然后利用量纲分析与有限元方法,给出压入载荷的无量纲表达式,并提出考虑被压材料为曲面时弹性模量的确定... 详细信息

目的针对平压头压入曲面材料的问题,提出了考虑曲面曲率时弹性模量的确定方法。方法首先利用有限元方法研究曲率对压入响应的影响,然后利用量纲分析与有限元方法,给出压入载荷的无量纲表达式,并提出考虑被压材料为曲面时弹性模量的确定方法,最后用数值算例验证方法的有效性。结果数值算例结果显示,本方法研究曲面材料的识别弹性模量的相对误差均小于4%,且精度较高。结论对于角膜、巩膜等生物软组织材料,用压入法确定材料力学特性时,材料表面曲率的影响不可忽略。

关键词：平压头有限元方法曲率量纲分析弹性模量

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