纳米尺度接触过程力学特性实验研究

微机电系统是近年来迅速发展起来的高科技，在先进制造、航空航天Ⅲ、军事、信息、生物等高新技术领域得到重要应用。对于微机电系统器件，纳米尺度下接触表面容易引发粘着和磨损，导致微机电系统产生严重的粘着、摩擦与磨损问题目。它是导致 朋械系统在制造和使用中失效的主要因素，也是当前微纳机械亟待解决的重要课题。纳米压痕方式可以得到很多重要的材料力学特睦；原子力显微镜(AFM)有很高的纵向和横向分辨率，适于微纳米级表面形貌的测量。因此，利用纳米压痕仪，对接触过程力学特性进行实验和分析，获得纳米尺度接触过程力学的规律和特性。然后利用原子力显微镜(AFM)测量压痕，获得接触后压痕的真实图像。

2纳米接触过程力学参数理论计算在纳米尺度接触实验测试中，锥形压头的金刚石针尖和试件表面的接触过程，如图 1所示。这里用表示金刚石针尖的压入深度；接触过程中施加到接触表面的载荷为，接触过程中的力学参数变化通过弹性模量和硬度的变化反映。

图 1金刚石针尖和试件表面接触过程示意图Fig.1 Contact Process Diagram of DiamondTip and the Specimen Surface尽管用作探针材料的单晶金刚石硬度极高，但在探针与试件的接触过程中，理论上探针和试件均会发生不同程度的塑性变形，故定义简约弹性模量如下 ：来稿日期：2012-09-29基金项目：国家自然科学基金资助项目(11062003)；云南省应用基础研究计划资助项目(2009ZC042M)作者简介：杨承铭，(1988-)，男，黑龙江伊春人，硕士研究生，主要研究方向为微机电系统 ；杨晓京，(1971-)，男，云南大理人，博士，教授，主要研究方向：微机电系统232 机 械设 计 与制 造No.7July.2013应力仅为 9.03MPa，都远远小于材料的屈服强度 43MPa，因此从分析结果来看，拔叉、排种轮应该是安全的17-Ol。

建立有限元模型约束图6有限元模型Fig.6 Finite Element Model////////0.00 50.00 100.00 1 50.00 200 00此轴心旋转图7计算及处理结果Fig.7 Calculation and Processing Results5结论通过对小型播种栅I生能要求的分析后提出了-种新型的机械式排种机构，设计了-款单籽、双籽、三籽可控的排种装置，利用 PRO/E软件完成机构模型与该机构中的主要部件注塑模具的方案设计；利用ADAMS软件对排种装置进行运动学仿真、基于ANSYS对排种轮进行有限元分析优化及校核，由于采用了虚拟样机技术 ，避免了反复制作物理样机的成本，优化排种轮结构，延长了排种轮使用寿命，这样不仅提高了设计效率，还提高了设计的准确性，为其它小型农机产品的设计、制造提供了思路和具体措施，具有推广价值。