導電壓頭作用下的功能梯度壓電涂層二維黏附接觸問題研究

韓立夫, 劉鐵軍

(1. 內蒙古工業大學 理學院, 呼和浩特 010051;2. 河套學院, 內蒙古 巴彥淖爾 015000)

0 引 言

隨著微機電系統和仿生器械的快速發展,對于結構和構件的黏附接觸及損傷的研究已經引起了科學家和工程師們的廣泛關注．對于均勻彈性材料的黏附接觸問題,學者們先后建立了Bradley剛體模型[1]、JKR模型[2]、DMT模型[3]、Maugis-Dugdale(M-D)模型[4]、雙Hertz模型[5]．近年來,學者們將這些經典模型發展到新型復合材料中,并研究其黏附接觸行為．Chen等[6]研究了壓電半空間球面剛性沖頭的微尺度黏附接觸問題,結果表明,壓電效應對壓電材料的黏附接觸行為有顯著影響; Sergici等[7]研究了球形壓頭與彈性層狀介質之間的無摩擦黏附接觸問題;Chen等[8-9]建立了冪型梯度材料的黏附接觸模型,給出了黏附接觸界面臨界拉脫半徑的解析解,研究結果表明,功能梯度材料的黏附接觸拉脫力與材料的彈性模量無關, 但依賴于材料的梯度變化、球體半徑及黏附能;Jin和Guo等[10-15]相繼建立了冪型梯度材料的軸對稱無摩擦JKR黏附接觸模型和受表面粗糙度影響的黏附接觸模型以及雙Hertz黏附接觸模型,并將黏附接觸模型擴展到了壓電材料,以上研究更詳細的內容可參見文獻[14]．

有學者將功能梯度材料的設計理念引入到壓電材料,從而為功能梯度壓電材料(FGPM)的制備提供了設計思路,已經取得的大量研究成果表明,將FGPM用作涂層能有效改善均勻壓電材料接觸表面的力學性能和損傷,并實現可設計性．Zhu等[16]研究了利用FGPM作為均勻……