颗粒表面粗糙度对纳米压痕特性影响研究

对复合涂层的颗粒进行纳米压痕过程中,从最大压入深度计算出的接触面积受到颗粒表面的最高处以及最低处的影响.建立颗粒与基体的纳米压痕有限元模型,计算分析颗粒表面形貌对压痕结果的影响.结果显示:利用颗粒压痕载荷深度曲线计算出的弹性模量与硬度误差随着颗粒曲率的增大而加大.采用一种简单的模型对接触深度的公式进行了相应的修正,最后与有限元分析得到的结果进行比较,所得弹性模量和硬度的误差相对降低,验证了该模型的可行性.     

应用纳米压痕技术测试水泥粒子的弹性模量

应用纳米压痕技术实测了水泥粒子的弹性模量，并对试样制备技术进行了研究，分析了合理的样本数量。研究表明：应用酚醛树脂镶嵌水泥粒子后再进行磨光、抛光和超声波清洗等工艺可制得表面光洁度符合纳米硬度仪要求的试样；假定水泥粒子的弹性模量服从正态分布，其样本均值为17．4GPa，具有95％保证概率的置信区间为[14．7GPa，20．1GPa]，选取20个测试点即可得到较为可靠的数据。     

基于纳米压痕技术及有限元模拟的薄膜力学性能研究

采用纳米压痕技术结合有限元模拟和量纲分析方法分析薄膜材料的弹塑性性能．用有限元模 拟纳米压痕过程,结合量纲分析方法将纳米压痕的加卸载过程与被测材料的力学性能联系起来,建 立起两者间的无量纲函数关系结构式,进而结合实际纳米压痕试验所得薄膜的弹性模量和载荷— 位移曲线计算出了材料的应力—应变关系．经检验,有限元模拟所得到载荷—位移曲线和纳米压痕 试验所得载荷—位移曲线吻合得比较好,因此验证了有限元模型的正确性和材料模拟的正确性．     

低碳微合金钢微观组织的纳米压痕研究

对低碳微合金钢D40进行热处理和热模拟实验,获得各实验工艺下的试样,经过金相制备,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察各试样显微组织。室温条件下,利用纳米压痕仪对试样块状铁素体、针状铁素体和马氏体组织进行微观力学性能分析。结果表明,同一种低碳微合金钢在热处理和热模拟工艺下得到的马氏体和铁素体的平均纳米硬度差别很大,针状铁素体的平均纳米硬度小于马氏体的平均纳米硬度,大于块状铁素体的平均纳米硬度。     

压痕位置对多晶铜纳米压痕变形机理的影响

为研究在纳米压痕过程中微观结构多晶铜力学特性及变形机理的影响机制,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大尺度多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜不同微观结构分别建立初始压痕位置位于晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团4类微观结构的纳米压痕模型,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程,计算4种模型的纳米压痕力及原子的静应力与第三应力.采用中心对称参数法分析多晶铜表面及亚表面位错演化对纳米压痕过程的影响.结果表明:探针对4种微观结构的纳米压痕过程存在显著的规律性,纳米压痕力的增长速率、纳米压痕过程位错向邻近晶粒扩散的难度、纳米压痕后多晶铜亚表面位错分布范围、纳米压痕过程中低维数微观结构累积原子势能的难度等均满足降序关系:晶粒、晶界面、三叉晶界、顶点团;压痕位于高维数微观结构时,其相邻的微观结构呈拉应力;而压痕位于低维数微观结构时,其相邻的微观结构呈压应力.在多晶铜的纳米压痕过程中,为减少缺陷结构数量及其能量累积,降低材料的残余应力,应针对多晶铜的晶粒进行机械加工并避开顶点团、三叉晶界等微观结构.     

基于单晶硅各向异性特征的纳米压痕过程有限元仿真研究

本文采用各向异性弹塑性材料本构关系,利用非线性有限元软件MSC.Marc建立了单晶硅纳米压痕过程的三维模型,分别用玻氏、维氏、圆锥形和球形压头对单晶硅（100）晶面进行了纳米压痕过程的仿真分析,研究了单晶硅对于不同形状的压头、不同压头半锥角、不同最大加载力的加、卸载响应特性。仿真结果表明,压入相同深度时,圆锥形压头所需载荷最小,材料对圆锥形和球形压入产生的应力应变分布呈现出各向异性,体现了单晶硅在不同晶向上的材料性能存在差异。当最大加载力为25mN时,仿真得出维氏压头在单晶硅（100）晶面产生的压痕深度约为300nm,与相应实验结果基本相符。     

POSS纳米杂化材料压痕实验的分子力学模拟

本文通过分子力学模拟方法研究了聚苯乙烯和丙基POSS纳米杂化聚苯乙烯两种薄膜在压痕实验中的力学行为.计算得到了两种材料的载荷-位移曲线.曲线表明随着压头位移的增加,两种材料的载荷响应呈锯齿状增长.结合材料的载荷-位移曲线和模拟过程中材料的形变计算了两种材料的硬度.进而,采用一个简单的表达式描述材料硬度与压痕深度之间的关系.我们通过对多种聚合物硬度-压痕深度的拟合验证了公式的合理性.根据此公式计算出了聚苯乙烯及其POSS杂化材料极限硬度的比值,结果表明POSS单体可以有效地提高聚苯乙烯的硬度.     

尼龙材料的纳米硬度及纳米动态力学性能

采用原位纳米力学测试系统TriboIndenter对尼龙1010进行了纳米硬度测试和纳米动态力学性能测试．研究了载荷和频率对储存模量和损耗模量的影响．研究结果表明，尼龙1010的纳米硬度和弹性模量呈现出明显的尺寸效应，尼龙1010的纳米动态力学性能具有明显的黏弹性．动态储存模量随着载荷和频率的增加而呈线性增长，但动态储存模量对频率更加敏感；而损耗模量则随着载荷的增加呈正弦规律波动，随着频率的增加呈抛物线变化，且损耗模量对频率更加敏感．     

基于纳米压痕分析的往复扭转载荷下45号钢的力学性能

通过自制的原位拉扭-压痕力学性能测试装置,开展了往复扭转后45号钢拉伸力学性能测试。首先,由纳米压痕试验分析并获得了往复扭转后45号钢的力学性能曲线及其弹性模量、硬度、屈服强度和应变硬化指数等参数的变化。然后,通过原位拉伸试验证实了纳米压痕试验计算45号钢力学性能的可行性。结果表明,拉伸试验和压痕试验计算获得的材料力学参数具有很好的一致性。本文通过原位图像,还进一步分析了材料在往复扭转载荷下的损伤机理,证实了试验结论的正确性,为通过纳米压痕试验获取服役状态下材料力学性能提供了试验依据。     

PVD NiAl涂层微观力学性能的测定

超微硬度仪是一种先进的表面力学性能测试工具，它可对厚度只有纳米级的超薄涂膜进行测量，是研究超薄层表面微观力学性能的有效工具。本文通过对NiAl化合物涂层的硬度和弹性模测量，揭示了超薄涂层的微观变形的实质。     

Determination of Young''''s modulus by nanoindentation

Loadanddepthsensingindentationtechniqueisveryusefulinprobingthemechanicalpropertiesofmaterialsonsmallscales[1—5].Youngsmodulusisoneofthemostcommonlyconcernedmaterialpropertiesmeasuredbythiskindoftechnique.Conventionally,itisachievedonthebasisofthemethodproposedbyOliverandPharr[4]usingthewell-knownrelationship:whereSuistheinitialslopeofunloadingcurve,EristhereducedmodulusandrelatedwiththeYoungsmodulusEandPoissonsratioνoftheindentedmaterialandthose(Ei,ni)oftheindenterbytheequation1/Er=(1-n2…     

Nanoindentation tests on single crystal copper thin film with an AFM

0　INTRODUCTIONThinfilmmaterialshavebeenwidelyemployedinmanyfieldssuchasmicroelectronics ,micro electro me chanicalsystems ,opticaldevicesandmagneticstoragematerials[1～ 4 ] .Theirmechanicalproperties ,whichmightdifferfromthosebulkmaterialswiththesamecomposi tion ,haveavitaleffectonreliabilityandservicelifeofthefilm .Therefore ,quantitativelycharacterizingtheme chanicalpropertiesofthefilmisincreasinglydemandedfortheapplications .Generallyspeaking ,themechanicalpropertiesofmaterialsonmacro…     

Mechanical properties of 3D carbon/carbon composites by nanoindentation technique

Nanoindentation tests were conducted to investigate the near-surface mechanical properties of the individual components (fiber and matrix) for three-dimensional reinforced carbon/carbon composites (3D C/C). Optical microscope and polarizing light microscope were used to characterize the microstructure of 3D C/C. The microscopy results show that large number of pores and cracks exist at both bundle/matrix interface and pitch carbon matrix. These defects have important effect on the mechanical behavior of 3D C/C. The in situ properties for components of 3D C/C were acquired by nanoindentation technique. Relative to the matrix sample, the fiber samples have more larger values for modulus, stiffness and hardness. However, there is no significant difference of modulus and stiffness among fiber samples with different directions.     

金属薄膜力学性能的有限元分析

目的获得较为精确的金属薄膜弹性模量E的计算公式.方法用有限元方法对修正后的Sneddon方程进行验证.结果修正后的Sneddon方程求出的弹性模量与真实的弹性模量基本吻合.结论经验证,笔者提出的Sneddon方程的修正方程计算精度更为精确.     

Nanoindentation characteristics of calcium hydroxide-metakaolin blended with sodium hydroxide solutions

In order to determine the active mechanism of metakaolin (MK) as partial replacement of cement in concrete from the nanoscale structure perspective, nanoindentation characteristics of calcium hydroxide (CH)-MK blended with 5 M sodium hydroxide (NaOH) solutions simulating the condition of MK in concrete has been studied. The results indicate that three distinct phases are found by the nanoindentation and BSE tests, such as HD C-S-H gel, LD C-S-H gel and the reaction products with the network structure, the residual unreacted MK and CH, respectively. The volume fraction of HD C-S-H gel is about 96% of all reaction product phases. This means that the use of MK in concrete can increase the volume fraction of HD C-S-H gel and thus will improve the properties of concrete.     

Modification of Longitudinal Modulus of 3D Full Five Directional Braided Composite Materials Base on Energy Theory

The aim of this paper is to investigate the longitudinal modulus of three dimensional full five directional (3Df5d) braided composite. First, the analytical model of the internal unit cell is established based on its topological structure. Then, according to the intrinsic relation of different cells, the axial moduli of internal, surface and corner cells are systematically deduced, and the influence of corner-cell periodic discontinuity on the moduli is also analyzed. Finally, considering the actual shape of axial yarns after consolidation, the longitudinal moduli of the different cells are modified based on energy theory. The technology factor λ is also proposed in this modification. The results show that the axial mechanical properties of this material can be strongly designable. The straightness of the axial yarns greatly affects the longitudinal modulus. Technology factor λ is between 1 to 2, corresponding to the minimum and the maximum modulus, respectively.     

利用努氏硬度表征金属的弹性模量和屈服强度

为利用努氏硬度表征金属材料弹性模量和屈服强度,提出了Marshall和Conway的修正模型表征弹性模量,以及Lockett、Yu、Marsh、Johnson和Vandeperre的修正模型表征屈服强度,开拓了努氏硬度表征金属材料力学性能的新应用。选取35种金属进行努氏硬度试验,利用Meyer定律、弹塑性变形模型、Hays-Kendall模型和比例试样模型对努氏硬度的正压痕尺寸效应(硬度随载荷的减小而增大)进行了分析,可以用大载荷下趋于稳定的硬度值代表材料的真硬度。首次考虑金属材料在努氏压痕短对角线处材料堆积的影响,Marshall模型和Conway模型进行了修正：Marshall模型中原有的常参数α修正为b/d(努氏压痕短对角线与长对角线的比值)的二次函数;Conway模型引入了与b/d的平方呈线性关系修正系数β。通过比较文献中与原模型计算的屈服强度,引入修正系数k,首次获得了基于努氏硬度利用Lockett、Yu、Marsh、Johnson和Vandeperre模型计算金属屈服强度的修正模型。结果表明：除Ti6Al4V和Sn外,修正模型与仪器化压入得到的弹性模量一致,置信度不低于0....     

移动式钢轨焊接接头表面硬化装置及工艺的研究

介绍了所研制的移动式钢轨焊接接头表面硬化处理装置的结构、功能与使用方法.利用该装置对U71Mn和U75V钢轨焊后轨头表面硬化处理（即欠速淬火）试验.分别进行化学成分、硬度以及显微组织分析.结果表明：处理后的钢轨接头,具有较理想的显微组织和更为合适的轨顶硬度;可以成功地对钢轨焊接接头进行在线热处理,满足线路现场施工的热处理工艺要求.     

结构减震技术的研究与应用

从结构减震技术的概念出发，总结了近年来作者本人及国内外关于消能减震以及基础隔震技术的研究成果及应用概况，展望了结构减震技术的应用前景．