与基底接触-分离过程中微悬臂梁的动态应力分析

来源 :第十一届摩擦学大会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:clast
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  随着元器件的尺寸不断向微小型发展,其材料的表面形貌和表面相互作用极大地影响了材料的接触行为,微观上真正的接触并不是在物体表面上,而是存在于一些称为粗糙峰的不连续区域中。由于梁末端与基底碰撞时,所产生的冲击力可以比静态接触力大好几倍,这使得悬臂结构其余部分的动量导致结构弯曲,储存的弹性能使得末端在稳定接触之前,会从基底实际接触点反弹一次或多次,这将加剧所有因撞击造成的破坏性影响。由于大冲击力增加的塑性变形也将影响到粘着作用,因此有必要开展微悬臂梁基底间两粗糙表面接触-分离的动态接触特性研究。本文利用W-M分形函数实现微悬臂梁与理想平面基底接触端粗糙表面的三维数字化表征,在考虑微悬臂梁弹性变形影响,及其粗糙表面弹塑性变形和粘着的影响下,利用ABAQUS 软件建立微机械系统的微悬臂梁与基底重复接触-分离的动态模型。研究发现:接触过程中,刚开始由于力小,物体只发生弹性变形,随着力的加大,发生接触的微凸体数目增多,接触微凸体接触中心的VonMises 等效应力超过了材料的屈服极限,发生了塑性变形,初始屈服点发生在最高微凸体的表面下,而且发现当载荷达到一定程度时,各个微凸体之间的相互影响开始加强。同弹性接触相比,弹塑性接触中接触应力分布平缓,接触宽度增大,并且接触应力峰值明显减小,等效应力值的最大区域随着压下深度的加大逐渐向两侧分离。另外随着加载历程的推进,接触表面反复的作用,表面和亚表面之间反复的受力,两接触物体的塑形应变的不断累积将会导致材料发生破坏。在分离过程中,由于微梁的弹性恢复,导致在接触后带动接触点分离,对分离过程中任一压入位置d 来说,当d 小于某一凸峰高度,凸峰处于被压的状态,应力仍然会有很大的值;当d 大于或者等于凸峰高度时,处于粘着受拉状态,但是凸峰也恢复不到原来的位置,并且应力值会有所下降,这是因为接触时发生的塑形变形导致其内部存在残余应力;当d 等于凸峰高度和最大的法向位移之和时,凸峰达到要分离的状态,此时的粘着力最大,而应力不会发生明显的变化;继续分离,直至完全脱离。其研究结果对进一步研究微机械的悬臂梁结构和基底重复接触-分离具有一定的指导意义。
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