衍射光栅铝膜纳米压痕基底效应有限元模拟研究

为探究衍射光栅铝膜基底效应对纳米压痕过程的影响,基于ABAQUS有限元分析软件,采用对比分析的方法,建立有基底铝膜和无基底铝膜模型,模拟纳米压痕的压入过程。结果表明,当出现基底效应后,有基底铝膜的回弹量比无基底铝膜小,隆起高度先比无基底铝膜小,之后大,载荷比无基底铝膜大,且基底效应逐渐变大。通过分析铝膜中基底效应对纳米压痕过程的影响,为衍射光栅铝膜力学性能研究提供了重要参考。     

中阶梯光栅铝膜纳米压痕材料隆起研究

在光栅机械刻划加工过程中,光栅铝膜的隆起对机刻光栅槽形质量影响十分明显。为了研究光栅铝膜的隆起特性,采用了纳米压痕试验的方法,对光栅铝膜的纳米压入过程进行了理论建模和仿真分析,发现在光栅铝膜纳米压痕过程中,材料的隆起高度随着压入深度的增加而呈线性增加,随着摩擦因数的增加而减小;材料的相对隆起量在压入深度范围内基本保持不变。此外,仿真结果与理论计算结果的误差范围随着摩擦因数的增加而增加,当摩擦因数一定时,在最大压深处取得最小值。     

中阶梯光栅铝膜的大压深纳米压痕试验

为研究光栅铝膜在机械刻划深度范围内的弹塑性变形特征,通过纳米压痕仪的Berkovich压头对现有79 g/mm中阶梯光栅铝膜进行大压深连续纳米压痕试验测试。按10 s-10 s的加-卸载方式进行压深步0.5μm、最大压深5.0μm、每个压痕步重复6次的连续压痕试验,获得整个压深尺度范围内弹性模量、硬度、最大回弹量、等效回弹锥角和回弹系数随压深的变化规律。光栅镀铝膜层材料的弹性模量、硬度在浅表层体现出较强尺寸效应,同时在镀铬过渡层和玻璃基底综合效应的影响下出现"拐点"极值;残余压痕的最大回弹量随压深近似线性增加,但是相对压深的回弹量、等效回弹锥角和回弹系数均随压深减小,这表明光栅铝膜在机械刻划深度范围内的回弹性能受压入深度的影响较大。这对于认识现有中阶梯光栅镀铝膜层材料的力学性能并改进镀膜工艺具有重要意义。     

中阶梯衍射光栅厚铝膜硬度研究

铝薄膜硬度对机械刻制中阶梯母光栅质量影响显著,常采用纳米压入方法进行硬度测试。由于薄膜"三明治"式复合结构,进一步增加薄膜硬度表征的困难。为探究光栅厚铝薄膜的硬度特性,对其做浅压深和大压深纳米压痕实验,基于Nix-Gao模型和压痕功法,进行实验数据拟合与分析。结果显示,衍射光栅铝膜的本征硬度为0.480 6 GPa,浅压深拟合得到的尺度效应特征长度为0.38μm,大压深拟合得到的尺度效应长度为2.22μm,此研究揭示出基底存在尺度效应,为中阶梯衍射光栅厚铝膜的硬度研究提供参考和指导。     

残余应力影响压痕尺寸和隆起量的研究

残余应力的存在直接影响材料的力学性能,在压痕法中影响其压痕形状大小、压入载荷-位移曲线和隆起量,因此通过比较压痕形状大小、压入载荷-位移曲线和隆起量的大小,可以推断出构件内部残余应力,再通过有限元研究不同程度的残余应力对压痕形状、压入载荷-位移曲线和隆起量的影响.研究结果表明, 残余压应力使压痕尺寸变小,残余拉应力使压痕尺寸变大,不同性质和大小分布的残余应力使压痕形状为椭圆形,压入载荷-位移曲线斜率和隆起量高度随着残余压应力的增加而增加,随着拉应力的减小而减小,当构件内部存在一定程度的残余拉应力时,随着压入载荷的继续增加出现负隆起量(沉降量),沉降量的大小与压入载荷的大小和残余拉应力的程度有关.     

球面压痕测残余应力试验方法研究

介绍一种残余应力的测量新方法。标定试验结果表明,测点应变增量与残余应力间存在良好的线性关系。该方法应用于实际焊缝应力的测量取得了良好的效果。     

纳米压痕理论在残余应力检测方面的技术进展

介绍了纳米压痕理论以及2种典型的测量残余应力的理论模型,这2种模型都假设表面存在等双轴残余应力。其中Suresh和A．E．Giannakopoulos模型测量残余应力是由存在残余应力时和没有残余应力时的接触面积之比来确定;随后Y．H．Lee和D．Kwon对该模型进行了修正,根据载荷与硬度的对应关系,将接触面积转换成载荷的函数;最后的残余应力计算仅与载荷有关。本文还详细综述了用纳米压痕理论检测残余应力的应用实例,最后提出用纳米压痕技术检测残余应力的可能性还有待更深入的研究。     

基于应变梯度理论的光栅铝膜本构关系表征及纳米压痕实验

基于应变梯度理论,提出了一种玻璃基底光栅铝膜本构关系的表征方法。建立了包含基底参数和铝膜参数的本构关系数学模型,并逐一表征了相关参数。进行了79g/mm中阶梯光栅铝膜的纳米压痕实验,验证了上述本构关系表征过程的正确性。提出了光栅薄膜材料和基底材料都具有尺度效应的假设,并应用纳米压痕实验对铝膜的尺度效应和基底效应进行了实验表征。对光栅铝膜压痕实验与含基底压深实验的结果进行了比较,结果显示,在有无基底条件下,压痕结果在应力方向上相差0.8倍,在应变方向上相差3倍。进行了光栅刻划实验,结果显示压痕实验对刻划实验具有重要的指导作用。研究过程及研究结果表明:理论分析和两种实验可有效地分析光栅刻划过程,有助于在实际光栅刻划过程中减小误差,对光栅刻划的工艺过程具有较好的理论指导意义。     

中阶梯光栅厚铝膜硬度计算方法修正

为了排除Pile-up现象对真空镀制机刻光栅厚铝膜在纳米压痕测试硬度中的影响,获得中阶梯光栅铝膜准确硬度值,提出通过修正OP法中接触投影面积的新硬度计算方法。首先,参照中阶梯光栅成槽深度,采用连续刚度测试模式,对中阶梯光栅厚铝膜进行压入深度为5μm的纳米压痕硬度测试。其次,对压痕位置进行SEM与AFM测试,结果表明厚铝膜在纳米压痕硬度测试中出现Pile-up现象。最后,对铝膜纳米压痕数据分析、提取,压痕隆起形貌复原等,证明接触面投影面积边缘为抛物线,进而对OP法中接触投影面积的计算方法进行修正。结果表明:采用纳米压痕硬度测试方法,中阶梯光栅厚铝膜的硬度值随着压深增加而增加,采用修正接触投影面积的硬度修正计算方法获得的硬度值比传统OP法所得硬度值减少40%左右。     

光栅分层结构铝膜塑变应力传递规律研究

近似采用连续均匀介质模型表征分层铝膜机械刻划塑变过程时,无法准确揭示铝膜微观结构对应力传递的影响规律,直接阻碍刻划光栅精密控形成槽技术的获取.首先通过扫描电镜获取光栅毛坯上分层铝膜的微观形貌,结合混合率理论建立具有晶粒晶界特性的两相晶粒模型.其次通过纳米压痕及纳米划痕实验获取分层结构铝膜的力学特性.最后利用Abaqus...     

纳米压痕法测量等离子喷涂铁基涂层表面的残余应力

利用无损的绿色检测技术——纳米压痕法测量等离子喷涂铁基涂层表面的残余应力。通过对比无应力和有应力涂层的载荷-位移曲线,得出涂层表面存在残余拉应力。由于无应力和有应力涂层的压痕周围均有明显的凸起变形,目前广泛使用的Oliver法提取残余应力的特征参量——真实接触面积的公式已不适用。利用之前建立的适用于压痕周围有凸起变形的材料的真实接触面积计算公式得到无应力和有应力涂层的真实接触面积,分析两者之间的差异,最终计算出涂层表面的应力值为188 MPa,与X射线法得到的162 MPa较为符合。     

铝膜厚度对刻划衍射光栅闪耀效率的影响

文章阐述了控制衍射光栅铝膜厚度的重要性。提出了用厚度系数标定铝膜厚度的方法。实验研究了铝膜厚度对衍射光栅闪耀效率的影响,给出了铝膜厚度系数的最佳范围。研究结果已用于生产。     

抛光金刚石膜残余应力对红外透射性能的影响

以抛光的CVD金刚石厚膜为基体,用X射线衍射测出其光谱,再运用布拉格公式计算出表面的残余应力,测出一定应力状态下对应红外透射率的大小,探讨CVD金刚石厚膜的内应力和红外透射率之间的作用规律。研究结果表明:抛光的CVD金刚石厚膜由于竞争生长模式下的粗大柱状晶和非金刚石成分的掺杂,使得内应力变化较大,随着膜中残余应力的增大CVD金刚石膜红外透射率将减小。     

变形对镍镀层纳米压痕尺寸效应的影响及预测

为了研究拉伸变形对电沉积镍镀层硬度尺寸效应的影响,用纳米压痕仪对变形前后的镍镀层进行了测试,并通过两种模型对其进行了预测.结果表明:对于镀态和经过10%拉伸变形的镍镀层,压痕硬度随着压痕深度的降低而增加;试验结果能够很好地通过GCV模型来拟合,而Nix-Gao模型只有在压痕深度＞100 nm时才能和试验结果相吻合;纳米压痕硬度尺寸效应对于经过拉伸变形10%的试样更加明显.     

残余应力与边界条件耦合作用对H型钢柱构件承载能力的影响

H型钢构件在生产过程中将不可避免的产生残余应力,而残余应力的存在将极大地影响构件的承载能力。采用盲孔法测试了大H型钢构件的残余应力分布,根据对大型H型钢构件的残余应力测试结果在有限元模型中引入不同残余应力分布和边界条件,讨论了残余应力与边界条件耦合作用对构件承载能力的影响。结果表明对于不同的边界条件和残余应力分布,H型钢柱构件的承载能力表现出不同的敏感性,该结果对H型钢结构设计具有一定的指导作用。     

残余应力对疲劳的影响

前言残余应力对疲劳的影响是长期以来人们十分关注的课题,因为人们逐渐认识到许多疲劳现象都与残余应力相关。例如疲劳裂纹的形成与扩展、少数极高应力、平均应力、加载次序、裂纹迟滞效应、缺口应力集中等都与残余应力有密切关系。残余应力是影响疲劳的一个重要因素。因此,弄清残余应力的大小和分布,以及残余应力与上述疲劳现象之间的关系,对于评价结构的疲劳强     

基于热力耦合的磨削残余应力仿真与试验研究

基于淬硬轴承钢GCr15平面磨削试验,通过X射线衍射法对磨削表面残余应力进行测量。依据热弹塑性理论和Johnson-Cook塑性模型,建立了平面磨削有限元模型,研究了不同移动热源模型对磨削残余应力仿真结果的影响。结果表明,不同的热源模型对残余拉应力层的深度无显著影响,椭圆热源模型计算的残余应力与实验测量值最为吻合。     

基于力热耦合作用的磨齿残余应力研究

根据磨齿残余应力的产生机理,运用热弹塑性理论,得出了影响螺旋锥齿轮磨齿残余应力的磨齿基本参数、磨削力和磨齿热等特征参量的数学模型。在单齿3D有限元模型基础上,磨削力的处理采用小步距移动法,力热耦合运用间接法,对螺旋锥齿轮进行了磨齿残余应力的有限元模拟与分析。结果表明：磨削后的螺旋锥齿轮齿面呈现残余压应力,里层为残余拉应力,其大小随磨削条件和磨削用量等因素的不同,呈现一定的变化规律;磨齿残余应力随磨削深度和砂轮速度的增大而增大,而随展成速度的增大而减小;湿磨比干磨可明显减小磨齿残余应力。最后,试验验证了力热耦合有限元分析螺旋锥齿轮磨齿残余应力的有效性,并与直齿圆柱齿轮的磨齿残余应力进行了试验对比分析。研究结果为螺旋锥齿轮磨齿质量的控制提供了依据。