冷喷中残余应力及应力演变和分布的有限元模拟建模参数

残余应力是影响冷喷涂层性能的一个重要因素。该研究基于欧拉法进行了二维单粒子、三维单粒子和三维多粒子有限元模拟，并进行了钻孔测量，以研究冷喷铜涂层中的残余应力。研究考察了基本建模参数如何影响二维系统中的残余应力。研究发现，网格大小、基底尺寸和模拟持续时间会改变残余应力；而材料失效不会有太大影响，因为失效是局部的。研究还发现，当初始温度和/或塑性变形增加时发生的热软化有助于降低残余应力。此外，沿颗粒轴对称轴线的残余应力从最初的压应力变为沿深度厚度方向的压应力-拉应力-压应力，而界面应力为拉应力，主要来源于界面层的摩擦剪切。在三维单颗粒模拟中，通深厚度方向的平均残余应力呈现出从拉伸到压缩的过渡，与二维情况类似。在三维多粒子模拟中，由于粒子的反复强烈冲击，涂层/基底中的残余应力都是压缩应力，这与实验测量结果一致。研究还发现，当涂层厚度增加时，由于塑性变形引起的热软化增加，压应力也随之减小。本文阐明了基于欧拉的有限元参数对模拟冷喷中残余应力的影响，对今后的研究具有重要的参考价值。

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最初发表于《Journal of Thermal Spray Technology》（第 32 卷，第 1966-1984 页，2023 年）
作者：孟凡超、范夏平、迟宗林、陈淑英、褚昕