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基于近场动力学的SiC接触和摩擦过程研究

碳化硅(SiC)因其优异的物理力学性能在航空航天、汽车及光学精密仪器等领域具有广阔的应用前景。在众多应用中，不可避免的涉及到接触和摩擦过程，因此研究SiC的接触和摩擦特性具有重要意义。本文利用分子动力学(MD)技术对SiC进行纳米压痕试验，获得了弹性模量和屈服应力等力学参数；利用这些模拟的材料参数，基于近年来提出的一种非局部连续介质力学方法-近场动力学(PD)方法，采用弹塑性本构模型实现了微米尺寸的SiC的压痕和划痕过程模拟。在压痕过程中观察到了“pop-in”现象以及表面损伤裂纹的分叉与弯曲。压头压入的速度越小，载荷越小且“pop-in”现象越明显。在划痕过程中，摩擦力与法向力的变化趋势保持一致，摩擦系数在一定距离内变化不大。划痕中损伤及裂纹的扩展情况与压头和SiC的相互作用密切相关。模拟结果与现有的实验结果具有良好的一致性。