功能梯度压电界面层在球形压头作用下的接触问题

摘要

材料参数的不连续变化是导致界面处裂纹萌生和分层现象的重要原因。将材料参数连续变化的功能梯度压电材料用作界面层是抑制界面处裂纹萌生和分层的重要方法。主要研究了压电涂层-功能梯度压电界面层-压电基底结构在刚性绝缘球形压头作用下的轴对称无摩擦接触问题。首先，假设涂层和基底为均匀压电材料，建立材料参数沿厚度方向按照指数函数形式变化的功能梯度压电界面层的接触力学分析模型；其次，利用Hankel积分变换方法，将刚性球形压头作用下压电涂层-功能梯度压电界面层-压电基底结构的轴对称无摩擦接触问题转化为奇异积分方程并求解；最后，得到材料非均匀参数对涂层、梯度压电界面层、基底结构内部及界面处的力电响应的影响。研究结果表明：功能梯度压电材料作为界面层连接压电涂层和基底时，可以消除界面处的材料参数不连续导致的界面应力不连续；梯度压电材料参数的变化对界面层的应力与电位移分量有显著影响。

关键词

接触 / 奇异积分方程 / 功能梯度压电材料 / 界面层 / 力电响应

基金资助

国家自然科学基金资助项目(No.12062019); 内蒙古自然科学基金资助项目(No.2020MS01022)