考虑基体变形的硬涂层粗糙表面法向接触刚度统计模型及实验验证

摘要

为了更准确地预测硬涂层粗糙表面的接触刚度，建立了考虑基体变形的硬涂层粗糙表面法向接触刚度统计模型，并进行了实验验证。首先，推导建立了单个硬涂层微凸体弹性和弹塑性法向接触刚度模型，在此基础上，建立了考虑基体变形影响的硬涂层微凸体法向接触刚度模型，及考虑基体变形的硬涂层粗糙表面法向接触刚度统计模型。然后，对所建模型进行了仿真分析，研究了涂层厚度比、涂层与基体材料性能、基体表面塑性指数等对硬涂层粗糙表面法向接触刚度及接触载荷的影响规律。最后，进行了实验验证。结果表明：当考虑基体变形时，具有较厚且较硬涂层的粗糙表面，其法向接触刚度和接触载荷较大；当涂层粗糙表面的接触载荷不变时，随着基体表面塑性指数的增大，硬涂层粗糙表面的法向接触刚度随之增大；实验获取了基体材料为45钢、涂层材料为TiN的涂层粗糙表面法向接触刚度，其模型仿真计算结果较好吻合了实验数据，二者平均相对误差小于7%,说明了所建模型的正确性。

关键词

硬涂层 / 基体变形 / 法向接触刚度 / 统计模型

基金资助

山西省自然科学基金资助项目(202203021221151,202303021211168)