随着高新技术产业的发展,部件在微观尺度下的力学行为研究变得越来越重要。粘附效应作为材料在微观尺度小的重要现象,是影响接触行为的重要因素。由于功能梯度材料具备材料性能连续变化的特点,常被用来制作成涂层或界面层,减小材料失配而导致的应力集中现象,并在恶劣的外部环境中改善接触表面的性能以达到抵抗接触破坏和损伤的能力。目前,关于功能梯度材料涂层接触问题的研究已经取得大量的研究成果,然而,这些研究主要集中于梯度涂层的宏观接触问题,而未考虑粘附作用对接触问题的影响。本文将考虑粘附效应对轴对称接触问题的影响。利用两种数学模型,分析了粘附参数、材料的梯度参数以及涂层厚度对功能梯度材料轴对称粘附接触行为的影响。主要内容包括:(1)建立功能梯度材料涂层在球形压头作用下的轴对称粘附接触问题的数学模型。其中,采用指数函数模型和线性分层模型来模拟功能梯度材料涂层。根据Maugis-Dugdale粘附理论,利用Hankel积分变换技术和传递矩阵方法,将功能梯度材料涂层的轴对称粘附接触问题转化为奇异积分方程(组)。(2)利用Erdogan-Gupta数值方法,对轴对称粘附接触控制奇异积分方程进行求解。通过给定不同粘附参数、梯度变化规律以及涂层厚度,得到法向载荷与接触半径关系、法向载荷与最大压痕关系、涂层表面应力分布和粘附区/接触区的比值。(3)分析粘附参数、梯度参数以及涂层厚度对功能梯度材料涂层粘附接触行为的影响规律,探索通过改变材料参数来抑制接触损伤和破坏的方法。通过对球形压头作用下的功能梯度材料涂层半空间的轴对称粘附接触问题的研究,本文得到了如下结论:(1)将本文的模型退化为均匀材料时,取较小的粘附参数,得到的法向载荷与接触半径曲线趋近于DMT模型;取较大的粘附参数时,法向载荷与接触半径曲线趋近于JKR模型。该结论表明,利用本文方法得到的结果与经典理论的结果吻合较好。(2)利用指数函数模型求解轴对称粘附接触问题时可以发现,随着剪切模量比值或者粘附参数的减小,压头与涂层表面分离的拉脱力随之增大。当涂层较柔软时(剪切模量比值小于1),压头与涂层表面分离的拉脱力随着涂层厚度的减小在增大;当涂层较坚硬时(剪切模量比值大于1),相应的拉脱力趋势变得更为复杂。另外,本文的结果还表明:剪切模量比值、粘附参数以及涂层厚度对应力分布和接触区都产生重要的影响。因此,可以通过改变功能梯度材料涂层的材料参数来改善涂层表面的接触行为。(3)利用线性分层模型,本文求解功能梯度材料涂层剪切模量按照幂次函数形式变化时的接触问题。研究结果表明:当功能梯度材料涂层剪切模量比值大于1时(硬涂层),随着梯度指数的增大,相应的拉脱力增大;当剪切模量比值小于1时(软涂层),拉脱力受梯度指数影响较小。另外,根据本文的结果可以发现:随着粘附参数的增大,产生相同的压痕所需的压力值增大,而拉力值减小。涂层表面最大压应力随着粘附参数的增大而减小。通过本文的结果可知,随着粘附参数的增大,涂层表面压应力减小,拉应力增大。当涂层较柔软时,接触区受梯度指数的影响较小。随着涂层厚度的增加,涂层表面压应力减小,拉应力增大。接触区随着涂层厚度的增大而减小;当涂层较坚硬时,梯度指数对接触区的影响较明显。涂层表面应力随着涂层厚度变化较为复杂。接触区随着涂层厚度的增大而增大。本文通过考虑粘附效应以及材料非均匀性对轴对称接触行为的影响研究,分析了粘附参数、梯度参数以及涂层厚度对轴对称粘附接触行为的影响。本文的研究结果不仅完善了功能梯度材料轴对称粘附接触问题的理论研究,而且为利用功能梯度材料涂层抵抗接触变形和损伤提供了参考依据。