随着科学技术的不断发展,各种难加工材料不断出现并应用到实际生产生活中,金属切削刀具磨损和使用寿命降低等难题需要我们寻找新的解决方案。涂层刀具结合面的结合强度直接影响到涂层刀具的使用寿命,该问题近年来也一直困扰着很多刀具研究者。经过数亿年的进化,动物的牙齿、爪趾等器官已经形成了优良的生物学性能,为刀具仿生研究提供了生物学基础。本文的研究对象是涂层刀具结合界面,研究目的是提高涂层刀具的膜基结合强度,研究方法是基于仿生学思想设计新的膜基结合面形状,并通过数值模拟方法研究涂层和基体结合面处应力分布情况。本文将人类健康牙齿作为仿生对象,基于最小二乘法对牙齿的釉本质结合面曲线进行了数据拟合,并对其进行优化。根据釉本质结合面曲线拟合结果,仿生设计了一系列结合界面形状,建立涂层和基体的数学模型。基于横向基体拉伸法,利用ABAQUS软件仿真了不同结合面形状下的膜基结合强度,获得了在一定膜厚下的最优结合面形状参数。对最优结合面形状下的模型进行热残余应力的有限元模拟,分析了仿生结合面形状对涂层内残余应力的影响。结果表明,根据牙齿釉本质结合面形状所仿生设计的涂层和基体结合面,可以改善涂层内部的应力分布情况,对于降低涂层热残余应力也有积极影响。