球形压痕法评价材料力学性能的数值模拟
文献类型：学位论文
| 作者 | 崔航 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2008-05-29 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 陈怀宁 |
| 关键词 | 球形压痕法 硬度 屈服强度 硬化指数 有限元 凸起与凹陷 |
| 其他题名 | Numerical simulation of evaluating material mechanical properties using spherical indentation method |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | 球形压痕法是在纳米压痕理论的基础上发展起来的，它可以非破坏性的获得材料的力学性能，而且使用方便，精确度高。由于针对小尺寸材料的性能要求越来越广泛，因而测量局部小尺寸材料性能的方法也变得越加重要。本文针对此问题采用球形压痕法并借助有限元理论研究了如何非破坏性的获得微米范围内的局部材料性能。并借助无量纲函数获得了材料屈服强度、应变硬化指数，并分析了材料凸起和凹陷规律以及硬度和屈服强度的关系。本文的研究结果如下： 1. 用球形压痕法获得材料的屈服强度和应变硬化指数。本文发现，Cao和Lu提出的方法，只是分析了屈服应变在0.001429到0.01538范围内的24种材料，范围较窄，在计算屈服应变超出此范围的材料时，误差很大。为解决此问题本文分析了屈服应变范围在0.007692到0.04之间的56种材料。本文采用量纲分析法，建立新的球形压头（ ）的无量纲函数。通过此无量纲函数和有限元计算，通过获得的压痕数据推断材料的屈服强度和应变硬化指数。通过模拟验证，本文得到了计算屈服应变从0.007692到0.04范围的材料的屈服强度和应变硬化指数的拟合函数。从而提高了精度并扩大了材料的计算范围。所获得的屈服强度平均误差是1.578%，应变硬化指数的平均误差是12.571%。 2. 用球形压痕法研究材料的硬度 和屈服强度( )的关系。此关系可表示为无量纲函数的形式： 上式表明了 与 ， 的关系。在固定压入深度为 时，可获得了硬度与屈服强度的确切关系。分析表明， 并不是一个常数，它随 和 的变化而变化。当 ，且 在0到0.5之间变化时，H约是 的2.03~2.39倍。当 小于0.04时，且n在0到0.1之间变化时， 的值随 的减小略有增加；但 在0.3到0.5之间变化时， 的值随 的减小而增加很快，最大能达15.77。 当压入深度变化时，硬度也相应的发生改变。当 时，随着压入深度的增加，硬度也增加，但增加量较小；而当 时，硬度随着压入深度的增加而增加，增加量较前者大些。随着压入深度的继续增加，硬度增加量逐渐减少，最终趋于一个恒定值。 3. 本文发现，采用球形压头时，当应变硬化指数 大于0.23时，不论 为何值，所有材料在压入过程中压痕周围出现凹陷；当 小于和等于0.23时，随 的增大，材料由凸起向凹陷转变。当 大于等于0.02时，不论 为何值，材料都出现凹陷；当 小于0.02时，材料出现凸起和凹陷的转变。总之，凸起和凹陷行为与硬化指数和 比率密切相关。 本文得到了凸起/凹陷与 （残余压痕深度/最大压入深度）及 的函数关系。研究发现，当 <0.76时，即 >0.02时材料出现凹陷现象。硬化越严重，凹陷也越严重。当 >0.76，且硬化指数 时，材料将出现由凸起向凹陷转变， 越小凸起越严重。 此外，本文通过分析得到了反映凸起和凹陷表观的参量 与接触面积函数关系，并依据此关系得到了 对误差的影响规律。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 79 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16869]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 崔航. 球形压痕法评价材料力学性能的数值模拟[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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