基于Hertz接触理论的涂层界面应力分析

摘要

应用大型有限元分析软件ANSYS 8.1,对接触载荷条件下涂层材料的应力场进行了数值模拟.通过比较有限元解与经典Hertz解析解验证了有限元模型的可信度;分析了不同涂层厚度、不同涂层/基体弹性模量比情况下,接触应力分布情况及接触宽度随着载荷的变化情况.数值模拟结果表明:涂层/基体界面剪应力峰值出现在略偏离界面中心位置;涂层/基体界面正应力峰值出现在界面中心位置;涂层/基体的弹性模量比在1～2.5之间取值时,对涂层/基体结合效果较为有利;涂层过薄容易导致界面剪应力过大,致使材料失效.模拟结果能够为涂层材料的力学研究及设计提供参考.