Page 18 - 摩擦学学报2025年第4期

506 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

(a) h=0.06 t (d) 0.20
ε p t/R=0.04
0.000
Max: 0.023 Film 0.003 0.15
0.005
Interface 0.008 Maximum substrate plastic strain, ε pmax 0.10
0.010
0.013 0.05
0.015
Substrate 0.018

2 μm 0.020 0.00 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
t/R=0.04 0.023 Indentation depth, h/t

ε p
(b) h=0.36 t 0.000 (e) 8
Film 0.009 Stage I t/R=0.04
0.018 6
0.027
Interface Stage II Stage III
Max: 0.080 0.035
0.044 r (ε pmax )/t of radial direction 4
0.053
Substrate 0.062 2
0.071 Central axis
2 μm
t/R=0.04 0.080 0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Indentation depth, h/t
ε p
(c) h=0.66 t 0.000 (f) 0.0 t/R=0.04
Film 0.013 Stage I
0.025 −0.5 Stage III
0.038 Stage II
Interface 0.050 Film
Max: 0.113 z (ε pmax )/t of depth direction −1.0
0.063
0.075 Interface
Substrate 0.088 −1.5
2 μm 0.101 Substrate
t/R=0.04 −2.0
0.113 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Indentation depth, h/t

Fig. 3 Evolutions of substrate equivalent plastic strains for the film-substrate system with a contact geometric parameter of
t/R=0.04 during a loading process: (a~c) strain distributions, (d) maximum strain values and their locations along
(e) the radial direction and (f) the depth direction
图 3 接触几何参数t/R=0.04的膜基系统加载过程中基体等效塑性变形演化：(a~c)变形分布，
(d)最大变形数值及其沿基体(e)径向和(f)深度方向所处的位置

为的影响如图6所示，随着t/R的减小，薄膜主应力分布及 入深度h/t=1.0的加载过程中，t/R≥0.08时σ 1max 始终位
演化行为发生了显著的变化. 当t/R=0.08时，拉伸主应力 于薄膜底部；而t/R≤0.01时σ 1max 则始终位于薄膜表面.
的最大值σ 1max 始终位于压头正下方的薄膜底部[图6(a)]， 由此可知，对该膜基系统进行加载时，接触几何参数
即在该加载范围(h max /t=1.0)内，膜基系统主要处在薄 t/R≥0.08时薄膜初始裂纹为接触区底部的径向裂纹；
膜承载(Stage I)和薄膜-基体共同承载(Stage II)阶段； 而t/R≤0.01时薄膜初始裂纹为接触区外沿表面的环
而t/R=0.01时，σ 1max 则始终位于薄膜表面压头接触外 形裂纹. 当0.02≤t/R≤0.067时，薄膜的初始裂纹位置及
沿[图6(b)]，膜基系统主要处在基体承载(Stage III)阶段. 形式则可结合其拉伸断裂强度σ max 数值进行综合判定.
如图6(c)所示，随着接触几何参数t/R数值增大， 当接触几何参数0.02≤t/R≤0.067时，对薄膜拉伸
薄膜拉伸主应力的最大值σ 1max 发生位置转移(图中箭 主应力最大值σ 1max 位置进行进一步的计算分析，结果
头所示)的数值及压入深度h/t逐渐增大. 特别是，在压 如图7所示. 加载过程中，随着t/R的改变，σ 1max 由薄膜