تاثير لايه هدفمند ارتوتروپيك مياني بر ميدان تنش تماسي

The Effect of Orthotropic Graded Inter-Layer on the Contact Stress Field

در اين پژوهش مسأله تماس لغزشي بين يك استوانه صلب و يك سيستم پوشش/ بستر مطالعه مي شود. سيستم مذكور شامل يك پوشش سخت در سطح تماس، يك ميان لايه هدفمند و يك بستر همگن مي باشد. در اينجا فرض مي شود كه ميان لايه هدفمند داراي رفتار ارتوتروپي است. با فرض اينكه مدول الاستيسيته لايه هدفمند در راستاي ضخامت آن به صورت نمايي تغيير مي كند مسأله مذكور در نرم افزار تجاري ABAQUS شبيه سازي مي شود. تأثير پارامترهاي ارتوتروپي و ناهمگني لايه هدفمند بر روي ميدان تنش داخلي سيستم و توزيع تنش ها روي فصل مشترك لايه ها مورد بررسي قرار مي گيرد. بر اساس نتايج بدست آمده، با معماري مناسب خواص ارتوتروپي و ناهمگني ميان لايه هدفمند مي توان سطح تنش هاي بيشينه سيستم را كنترل كرد. براي يك ميان لايه با سفتي بالاتر در راستاي سطح تماس نسبت به جهت عمود بر آن، حداكثر تنش فون ميسز در بستر تا 7% كاهش مي يابد. علاوه بر اين، با افزايش ضخامت لايه هدفمند نسبت به پوشش سخت مقاومت اتصال لايه ها به طور چشمگيري بهبود مي يابد.

In this study, the sliding contact problem between a rigid cylindrical punch and a hard coating/ graded interlayer/ substrate system is considered. It is assumed that the hard coating and the substrate are both homogeneous- isotropic media. On the other hand, the interlayer exhibits the material orthotropy and even variable mechanical properties through the thickness by an exponential variation. The commercial finite element software ABAQUS is utilized to simulate the mentioned contact problem. The numerical solution is provided under the plane strain condition. A comprehensive sensitivity analysis is performed to explore the effect of the material orthotropy and the non-homogeneity parameters on the interior stress field as well as the interface stress distribution. The results indicate that the orthotropic graded interlayer can alter the stress field by appropriate adjustment of the material parameters. For an interlayer with a higher stiffness parallel to the contact surface with respect to the perpendicular direction, the maximum Von-Mises stress within the substrate can decreased a factor of 7%. Moreover, the bonding strength over the interfaces can be enhanced by increasing the thickness of the graded interlayer.