热源影响下的涂层板滑动接触问题研究

向金兰，刘娟，沈火明

（西南交通大学力学与工程学院，成都610031）

基体-涂层系统近年来在越来越大的领域中得到应用，摩擦接触系统就是其研究内容中的重要一项。在材料基体上涂覆一层涂层薄膜[1]不仅可以减少残余应力和热应力，缓和应力集中，还可以提升折断韧性。基于不同的变形和应力分析方法，如有限元法（FEM）[2-4]、边界元法[5-6]和半解析法（SAM）[7-9]、国内外学者对涂层板的力学/热行为进行了大量的实验和理论研究，但其中都暂时没有考虑由于与涂层板滑动摩擦产生的热对材料的热影响。然而，在许多情况下，由于两个接触体之间的摩擦滑动，接触面将会产生大量的摩擦热，进一步导致接触表面的热弹性变形和接触损伤[10]。同时，温升对金相组织、热收缩、热裂纹、残余应力和化学性能都有显著影响，因而大大影响了部件的功能和可靠性[11]。尽管人们对涂层板中的接触问题进行了广泛的研究，但关于其在三维条件下的热-力耦合效应的研究却非常有限。

本文应用离散卷积快速傅里叶算法（DC-FFT），由半解析法得到了涂层压头-涂层板接触问题在考虑热应力及热形变情况下的频率响应函数，论证了涂层厚度与接触压力P 之间的影响关系，为实际工程问题提供理论参考。

1 DC-FFT

离散卷积快速傅里叶变换方法（DC-FFT）是由美国西北大学的Liu 教授于2000年提出[12]，其目的是为了减少避免不必要的计算误差并提高数值计算效率。算法实现了线性卷积与循环卷积的转换，提高了计算速度，其计算过程(一维情况下)可以总结为：