柔度标定误差对仪器化压入测试结果的影响

针对两种仪器化压入仪和两种代表性压入测试方法:Oliver-Pharr方法和Ma方法,通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对2种仪器和两种方法测试精度的影响.结果表明仪器柔度的标定精度直接影响压人测试结果的准确度,仪器柔度越小,测试精度越高;就测试方法而言,Ma方法具有比Oliver-Pharr方法更高的精度和更低的仪器柔度敏感性;对同一材料,压入深度越大,由仪器柔度标定误差引入的压入测试结果误差越大;当材料较硬且压入深度较大时仪器柔度的标定尤为重要,小量的标定误差导致测试结果严重偏离真值,甚至为负值.     

陶瓷材料维氏压痕形貌仿真与实验分析

基于有限元数值分析模型对陶瓷材料维氏压入过程中产生的压痕形貌进行仿真.以Si3N4和ZrO2两种典型陶瓷材料为例,对其有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长和维氏硬度进行对比,结果表明,Si3N4和ZrO2的有限元仿真压痕与实验测量压痕对角线半长分别相差0.39％和-0.53％,维氏硬度分别相差-2.7％和4.2％.随着压头与材料间的摩擦因数由0变化至0.5,有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长分别相差0.28％和0.27％,维氏硬度分别相差0.14％和0.21％.此外,应用本方法对其他几种典型陶瓷材料(A12O3,ZTA,SiC,Silica)维氏压入有限元仿真计算值与实验真实测量值进行了对比,其压痕对角线半长分别相差1.14％,-0.57％,-0.89％,0.41％,维氏硬度分别相差-2.24％,1.12％,1.85％,-0.86％.据此可知,陶瓷材料维氏压痕形貌可由有限元数值仿真方法获得,从而解决了陶瓷材料维氏硬度测试过程中因压痕不够清晰导致的测量数据不准问题,为下一步探索基于仪器化压入响应识别陶瓷材料维氏硬度以及其他各力学性能参数提供技术基础.     

仪器化压入硬度与维氏硬度的关系研究

对理想Berkovich压头和维氏压头几何形状的分析表明，名义硬度Hn与维氏硬度Hv间存在如下近似函数关系：Hv=Hn/1.08。以37种碳钢材料的单轴拉伸实验数据为例，利用非线性有限元分析软件ABAQUS，模拟分析了这组碳钢材料的仪器化压入响应，将得出的名义硬度除以1.08，并与这些碳钢材料维氏硬度的实验数据相比较，两者吻合较好，以上关系的正确性得到了验证。这一关系使仪器化压入硬度与传统硬度间的直接比较成为可能。同时，为薄膜材料、纳米材料等小尺度材料传统硬度的预测提供了可行性方法。     

测定金属薄膜屈服强度的纳米压入法研究

利用有限元数值分析方法，对球形刚性压头压入由金属膜与硅基体组成的膜－基体系的加载过程进行了模拟计算。建立了薄膜硬化指数同载荷－位移曲线的特征值， 服强度，硬化指数及扬氏模量同最大压入载荷间的关系。据此，可由纳米压入仪实测所得载荷－位移曲线的特征值与最大压入载荷，确定金属薄膜材料的应变硬化指数和屈服强度。     

Oliver＆Pharr压入硬度与材料单轴强度关系的研究

通过量纲分析和有限元数值计算，系统研究了Oliver＆Pharr压入硬度与材料单轴强度间的关系，结果表明盯。σE，y＋σE,b与Oliver＆Pharr压入硬度日以及压入比功形Wo／W之间存在近似的函数关系，即材料屈服强度和拉伸强度之和与Oliver＆Pharr压入硬度之比近似为压入弹性功与压八总功之比的函数。利用该关系，材料的屈服强度和拉伸强度之和可以由一次压入测试结果来获得，这使得利用压入技术对材料强度水平进行直接比较成为可能，因而克服了过去仅仅基于压八硬度值，只能对材料强度水平做相对比较的缺点和不足。     

非理想情况下薄膜Oliver&Pharr压入硬度的校正

通过量纲分析及有限元数值计算,提出了Berkovich压头尖端钝化情况下残余压应力场中薄膜Oliver&Pharr压入硬度的校正公式及相应校正程序.根据该方法,只要测定薄膜纳米压入加卸载曲线、薄膜中的残余压应力及压头的相对钝化量,便可最终确定理想压头下无残余应力时的薄膜硬度.     

抑制内置式永磁同步电机纹波转矩的实用设计方法

提出了一种简单实用的抑制内置式永磁同步电机的纹波转矩的电机设计方法。基于强调气隙磁通谐波的转矩纹波解析式优化设计了V型永磁转子拓扑结构及其参数,实现转矩纹波的最小化,并通过有限元仿真验证其正确性。基于样机测试的反电势波形对实际输出转矩进行了计算预测,有限元仿真结果和实验预测结果基本吻合,说明该方法对减小纹波转矩是可行的。     

立方氮化硅弹塑性参数仪器化压入测试研究

以典型陶瓷材料立方氮化硅为例,应用Ma方法和自主研发的高精度宏观仪器化压入仪对立方氮化硅材料弹性模量进行仪器化压入测试。结果表明,立方氮化硅材料的弹性模量测试值与相应文献参考值相当,从而验证了文中对立方氮化硅弹性模量测试方法的有效性。利用面角为136°的v{ekerls压头和面角为85°的四棱锥压头分别对立方氮化硅材料进行仪器化压入实验,并结合有限元数值分析方法,确定了立方氮化硅材料的塑性参数（屈服强度和应变硬化指数）,从而为进一步研究陶瓷材料力学性能参数仪器化压入识别方法提供一定的理论基础。     

焦平面读出电路设计中的低温应用研究

焦平面读出电路是焦平面探测器的核心部件之一,本文介绍了焦平面读出电路在低温(77 K)应用下的一些特殊的效应,以及在低温下CMOS器件的几个重要参数的计算模型,有了这些,就可以在读出电路设计阶段预先考虑这些效应,从而设计出性能优良的读出电路。     

基于尖锐四棱锥压头的陶瓷材料断裂韧性测试方法

根据量纲分析建立陶瓷材料断裂韧性与压入响应参数以及裂纹开裂长度之间的无量纲函数关系,采用虚拟裂纹闭合法和有限元数值分析法实现HPC裂纹、RC裂纹以及过渡裂纹的裂纹尖端等KI开裂面几何的设计,通过对仿真数据的回归分析得到无量纲函数关系的通解,进而建立基于尖锐四棱锥压头的陶瓷材料断裂韧性压入测试方法.对三种陶瓷试样压入实验表明,测试方法精度较高,可以在较小载荷条件下产生裂纹,测试结果几乎不受压入载荷的影响.