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梯度及双模态纳米结构金属的摩擦性能研究

摩擦性能；非均质纳米结构材料；本构关系；有限元；应变非局域化

实验研究表明，相比均质结构，梯度及双模态纳米结构可以使金属材料获得更好的摩擦性能，如更小的摩擦系数、更低的磨损率等，对提高材料在服役过程中的可靠性与使用寿命有重要意义。由于梯度及双模态结构内部尺寸具有跨越量级的多尺度与跨尺度特点，导致仅通过实验与原子模拟等研究方法难以揭示其摩擦过程的变形机制。本文通过建立能够描述跨越量级晶粒尺寸效应的本构关系，并将其嵌入至有限元方法，建立了梯度与双模态纳米结构金属材料划痕实验的有限元模型。研究表明，异质结构内部软硬域之间的相互协调作用诱导了压头附近的应变非局域化，减小了接触深度，最终显著降低了摩擦系数。