近日，阚前华教授团队在功能梯度材料的热力耦合接触安定研究上取得重要进展，相关工作以“Thermo-mechanically coupled sliding contact shakedown analysis of functionally graded coating-substrate structures”为题发表在机械科学领域顶级期刊《International Journal of Mechanical Sciences》（中科院一区TOP，IF:5.329）。博士研究生伏培林为第一作者，阚前华教授为通讯作者。

论文首页

作为一种先进的复合材料，功能梯度材料的微观组织和材料性能在空间上存在连续梯度变化。当将其应用于接触部件表面的涂层强化时，合理调控涂层内物性参数的梯度分布形式，可以有效避免因涂层和基体材料性能不匹配所导致的局部应力集中效应，提高涂层在高温等恶劣环境中的服役可靠性。然而，在实际服役过程中，功能梯度涂层的工艺参数仍需要不断优化，以确保接触部件在长期循环载荷作用下可以保持足够的承载能力。而安定极限常常被用于表征弹塑性结构的极限承载能力。因此，开展功能梯度涂层/基体结构的安定分析并评估相应的接触安定极限，对于功能梯度涂层的参数优化以及在接触领域内的工业化应用具有重要意义。

然而，目前功能梯度结构的安定分析主要集中于Bree板、圆盘和空心球等结构，而针对功能梯度涂层/基体结构的接触安定研究还比较匮乏。同时，表面涂层的滑动接触过程往往伴随着剧烈的摩擦热效应，摩擦系数和屈服应力等接触参数会不可避免地发生热致衰减行为，表现出显著的温度相关性。然而，在相关的接触安定研究中，接触参数的温度相关性通常被忽略，并不能合理反映摩擦热效应对接触安定极限的影响。

鉴于此，西南交通大学阚前华教授团队考虑摩擦系数和屈服应力的温度相关性，基于静力安定理论，构建了功能梯度涂层/基体结构的热力耦合滑动接触安定计算模型，详细讨论了摩擦热效应和材料属性梯度分布指数对接触安定极限的影响，可为功能梯度涂层工艺参数的进一步优化提供支撑。

图片摘要

该研究受到了国家重点研发计划项目（No.: 2021YFB3703601）、国家自然科学基金（Nos.:12072295, U21A20167, 12192214和11872321）、四川省应用基础研究项目（No.:2021YJ0050）和中央高校基本科研业务费专项资金（No.:2682021ZTPY098）的支持。