亚微压入位移的标定

介绍了一种亚微压入移标定的简易方法，该方法采用球形压头，在弹性变形范围内加载，通过对９组标准块厚度差的测量，对亚微压入仪的电测位移值进行校正，实验精度为１９ｎｍ，不确定度为７ｎｍ，其特点是检测方便，实验精度高，与光干涉法相当。     

弹塑性比例叠加的锥压入半解析模型与试验方法

基于能量密度等效,考虑圆锥压入(锥压入)过程中线性律纯弹性和幂律纯塑性的应变能比例叠加,提出了弹塑性应变能比例叠加的锥压入载荷-位移模型(Load vs. Displacement Model based on Proportional Superposition of elastoplastic-energy under conical indenting,LDM-PS),进而提出了获取材料Ramberg-Osgood律(R-O律)应力-应变关系的锥压入试验方法。针对80种设定材料,通过LDM-PS预测的载荷-位移曲线(正向预测)与有限元分析结果密切吻合,并且以有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)所得载荷-位移曲线作为试验模拟曲线,采用两种锥角圆锥压头分别对平滑材料表面进行两次单锥压入加载(双锥压入),可通过对双锥压入的两个载荷-位移曲线的加载阶段按抛物律(Kick律)回归可实现R-O律参数的求解。由LDM-PS预测的R-O律应力-应变关系曲线(反向预测)与FEA的条件关系曲线密切吻合;针对8种金属材料完成了双锥压入试验,通过锥压入试验新方法预测的应力...     

确定纳米压入面积函数的改进方法

针对薄膜等微小结构材料力学性能测试面积函数测量问题,提出了一种改善微小压入深度下压头面积函数准确性的方法.该方法将压头与被测样品之间的投影接触面积与压头针尖曲率半径和角度相关联,解决常用的面积函数确定方法在50 nm以下浅压痕测量中不可靠的问题.经实验验证,该面积函数确定方法可以提高微小接触深度下压入硬度和折合模量的测...     

显微压入硬度试验的残余应力测定方法

将显微压入硬度试验应用到非均匀组织中残余应力的测定,从理论上推导和研究了非均匀组织中微区残余应力分布与其显微硬度的关系,并利用显微硬度测量技术进行实际测量验证,尝试解决微区残余应力测定的难题.对激光熔覆钴基合金层的计算结果显示,显微压入硬度法得到的残余应力分布数据与其他方法测得的激光熔覆层残余应力分布数据具有相同的变化趋势.     

基于仪器化压入硬度和功测试材料杨氏模量的方法

应用量纲定理和有限元方法对仪器化压入响应进行了分析。结果表明:在仪器化压入硬度HOP(即Oliver-Pharr压入硬度)和联合杨氏模量Ec的比值与卸载功We和压入总功Wt的比值间存在近似的函数关系,即HOP/Ec=Γ(We/Wt),其中联合杨氏模量被定义为Ec=1/[(1-2ν)/E+1.32(1-i2ν)/Ei],且Ei,E和iν,ν分别为金刚石压头和被压材料的杨氏模量及泊松比。基于上述关系提出了由仪器化压入硬度和压入比功确定材料杨氏模量的新方法,同时分析了该方法的理论误差。通过试验表明该方法较传统Oliver-Pharr方法具有较高的测试精度。     

仪器化压入测试材料表面残余应力的研究进展

仪器化压入是一种新兴的力学测试技术,具有无损、微区、自动等优点,已用于残余应力测试的研究。首先介绍仪器化压入测试残余应力的基本原理;然后针对锥形压入和球形压入测试,分别介绍仪器化压入测试残余应力的主要分析方法,并比较各自的优缺点,提出改进措施;最后总结仪器化压入测试残余应力的研究现状,展望未来的研究工作。     

仪器化压入测量的计量研究概况

仪器化压入测量中的计量研究是保证测试结果准确性和可靠性的基础.介绍了仪器化压入测量的计量研究概况,讨论了现有国际和国家标准中的关键校准参数和校准方法.在回顾仪器化压入测量发展历程的基础上进一步讨论了该技术的最新发展趋势,依托升温/降温测量、便携式测量和大通量测量等亟需要开展的相应计量研究工作来支持这些新测量方法的研究和...     

根据压痕深度计算布氏硬度值的方法初探

指出了目前在许多关于硬度试验方法的标准和经典著作中都没有区分"压痕深度"和"装有压头的压杆位移"这两个不同的长度量。把装有压头的压杆位移当作压痕深度,对于洛氏硬度试验不会造成错误的结果;但把装有压头的压杆位移当作压痕深度计算压痕直径和布氏硬度值,则会造成明显的错误。提出了采用从压杆最大位移中扣除硬度计弹性变形得到的压痕深度计算压痕直径和布氏硬度值的方法,试验结果表明:这种方法计算得到的布氏硬度试验结果与采用光学系统测量压痕直径方法得到的结果相吻合;该方法兼具布氏硬度试验和快速布氏硬度试验的优点,可以既快速又准确地得到布氏硬度试验结果。     

较浅压入下针尖曲率半径对纳米压入硬度影响的比较研究

基于3种不同曲率半径压头针尖对熔融石英进行纳米压入,用原子力显微镜（AFM）直接法测得压头针尖的面积函数及针尖曲率半径。研究表明,在极浅压入条件下,压头曲率半径的变化会导致硬度值的测量误差,曲率半径越小的压头针尖随接触深度的变化会更快得到真实值;相同的压入深度,曲率半径小的压头针尖测得的压入硬度值比曲率半径大的测得的压入硬度值更接近其真实值。     

材料维氏硬度仪器化压入方法准确度研究

针对仪器化压入测试识别材料维氏硬度的精度问题,该文采用有限元数值分析方法获得不同材料的维氏硬度理论计算值,以此为基础,分别对仪器化压入识别材料维氏硬度的3种代表性方法——"ISO方法"、"Kang方法"和"Ma方法 "进行理论精度分析,并进行实验验证。结果表明:1)3种方法识别的维氏硬度理论误差均随材料比功We/Wt增加呈先减小后增大的趋势;其中,"ISO方法"识别的维氏硬度值相比理论值普遍偏大,"Kang方法"识别的维氏硬度值相比理论值均偏小。2)"Ma方法"基于仪器化压入识别材料维氏硬度的理论误差最小,理论准确度相对较高。3)当被测材料的材料比功在0.01We/Wt0.3时,对应η和n不同取值下的3种方法各自识别的维氏硬度误差值较为离散;当0.3We/Wt0.85时则较为集中。该文工作,为下一步研究维氏硬度仪器化压入新方法提供一定的理论基础。     

ECC双轴压力学性能及破坏准则试验研究

利用真三轴液压伺服试验机,对3种强度的高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered CementitiousComposites,ECC)进行了双轴压试验研究,得到了ECC在双轴压应力状态下的破坏形态、极限强度和应力-应变曲线,并与普通混凝土的试验结果进行对比,分析了不同应力比下ECC的破坏机理和主压强度的变化规律。试验结果表明,双轴压应力状态下,ECC强度包络线与普通混凝土有一定差别,强度较低时两者结果相近,但强度较高时相同应力比下ECC主压强度增幅明显小于混凝土。最后,基于Kupfer等建立的普通混凝土的强度准则和试验结果,提出了ECC的双轴压强度破坏准则。     

用涂层压入仪测定薄膜与基体结合强度的探讨

用新颖的能连续加载、卸载并配有声发射监测的涂层压入仪 ,对薄膜与基体的结合强度进行了探讨。实验结果表明 ,膜或膜 /基破坏的声发射信号各有特点 ,可区分压入过程中 (含卸载 )开裂和剥落及其对应的载荷值。压入法的临界载荷 pc 为加载过程中使膜发生初始剥落的外载 ,用涂层压入仪可精确测定。 pc 值对基体硬度和表面粗糙度的变化敏感。故用涂层压入仪可以实现用压入法考察膜 /基结合强度     

橡胶压入硬度试验方法（邵尔硬度）新国标的理解与应用

一、引言广东省计量科学研究院负责修订的国家标准GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》（以下简称“本部分”），已由国家质检总局和国家标准委于2008年6月4日发布．并自2008年12月1日起正式实施。     

压头面积函数对纳米压入测试结果的影响

从纳米压入测量的基本原理出发介绍了压头面积函数及其校对方法,并对熔融石英进行了两次纳米压入测量,校对了两次压头面积函数,两次测量及校对的时间间隔为1a（年）。结果表明,两次校对后的压头面积函数差别较大。若第二次测量的熔融石英数据仍采用第一次校对的面积函数进行计算,将使杨氏模量和硬度测量结果产生很大误差,阐明了压头面积函数校对在纳米压入测试中的重要作用。     

材料应力-应变的球形纳米压入法研究进展

应力-应变(σ-ε)关系是材料设计和开发的重要指标。单轴拉伸与压缩实验是获得材料应力-应变关系的重要手段,然而受限于尺寸要求,它们难以应用于微纳米尺度下的表征。基于深度敏感的仪器化纳米压入仪具有高的载荷和位移精度,被广泛应用于研究微纳尺度材料的力学性能,例如弹性模量、硬度、应变速率敏感指数与蠕变参数等。近年来国内外研究者开展了从纳米压入的载荷-位移(P-h)曲线中直接获取材料完整σ-ε关系的研究,其中球形压头具有平滑与非自相似应力应变场,得到了广泛关注。球形压入分析的难点在于被压材料处于三轴应力状态,不均匀的应力应变分布使得压入应力与压入应变难以直接测量。为简化分析,研究者们提出了诸多定义,例如不同的压入应变、代表性应力和代表性应变定义等。其分析方法也纷杂各异,根据实现过程可大致分为经验物理法以及模拟分析法两大类。在经验物理法中,通过定义压入区域内代表性应力与代表性应变,并分别将它们近似为单轴塑性流变的应力与应变,从而实现P-h曲线到σ-ε关系的转换。该种方法简单易行且得到广泛应用,但其结果依赖于上述代表性物理量的选取与定义,并对实验测量精度非常敏感。在模拟分析法中,研究者首先通过模拟计算不同本构方程,假想材料的压入P-h曲线,然后建立其与本构方程参数之间的函数关系,以实现从实验P-h结果到材料σ-ε关系的反演分析。可见建立准确的函数关系是该方法的核心,常用的方法有量纲分析和曲线拟合两类,然而目前函数的稳定性和适用性仍是限制其广泛应用的重要因素。近年来,基于计算机科学与技术的快速发展,研究者们通过引入新型算法以智能的方式筛选材料力学参数,实现预测结果与实验值的最佳匹配,这类方法展现出了具大的发展潜力。综上,本文分别从经验物理法和模拟分析法综述了应力-应变关系的球形压入方法的研究进展,对压入基本概念模型、物理量的定义以及方法的建立进行了系统介绍,并对比了各自的优势和不足,以期为微纳米尺度下的力学研究提供实验和应用参考。     

获取材料应力应变关系的锥形压入新方法

采用自主研发的便携式压入设备,对材料平滑表面进行单调压入试验获得载荷—深度曲线,进而获得材料的单轴应力应变关系曲线。在等向强化、各向同性、单调加载条件下,基于能量原理和有限元分析提出应用双锥无卸载的压入载荷—深度曲线预测具有Hollomon律的材料应力应变关系半解析新公式。在有限元验证方面,根据不同材料的Hollomon律应力应变作为有限元本构关系条件获得的载荷—深度分析结果与压入载荷—深度关系吻合较好。在试验方面,通过压入载荷—深度曲线得到加载曲率,然后利用半解析新公式得到的材料单轴应力应变关系与单轴拉伸试验结果进行比较,结果表明新方法获取的材料应力应变关系和单轴拉伸试验结果有较好的一致性。     

压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究压剪作用下外掺聚乙烯醇(PVA)纤维对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料取代率、压应力比和PVA纤维体积掺量为变化参数,设计并制作144个立方体试件进行压剪试验。观察了试件的破坏形态,得到了荷载-位移曲线及垂直变形-剪切位移曲线,分析了不同变化参数对抗剪强度、峰值位移的影响规律。结果表明：0.1%体积掺量的PVA纤维对再生混凝土的抗剪强度提高了10%;随着压应力比的增大,试件的抗剪强度呈增大趋势,平均增大了2.03倍;与普通混凝土相比,再生混凝土试件的抗剪强度平均降低了13%;当再生粗骨料取代率为100%时,PVA纤维最佳掺量为0.1%;提出了纤维掺量为0.1%时压剪作用下PVA纤维再生混凝土抗剪强度计算公式。     

泡沫铝夹芯板压入和侵彻性能的实验研究

利用MTS和落锤试验机研究了由复合材料面板和闭孔泡沫铝芯层组成的夹芯板结构在压入和侵彻时的变形和失效行为,并通过引入无量纲参数——能量吸收效率因子,探讨了一些关键参数对夹芯板压入和侵彻性能以及能量吸收性能的影响,如冲击能量、面板厚度、芯层厚度及相对密度、压头/锤头形状和边界条件等。结果表明夹芯板的破坏主要集中在压头作用的局部区域内。夹芯板的能量吸收效率对其结构参数比较敏感,增加上层面板厚度、芯层厚度或芯层相对密度能够有效地提高夹芯板结构的能量吸收能力以及抵抗压入和侵彻的能力,而下层面板厚度的对夹心板抗侵彻性能的影响不明显。不同的压头/锤头形状和边界条件对泡沫铝夹芯板的压入和侵彻响应以及能量吸收性能影响明显。     

冲击荷载循环作用下砂岩动态力学性能的围压效应研究

利用带围压装置的霍普金森压杆设备对砂岩在不同围压等级、不同应变率下的动态力学性能进行试验研究,分析了砂岩在冲击荷载循环作用下的累积比能量吸收值,损伤度与围压等参量之间的关系.研究结果表明:在围压作用下,砂岩的应力-应变曲线出现较明显的屈服平台,具有明显的脆性-延性转化特征.随着冲击荷载循环作用次数的增加,材料的弹性模量...     

温度、应变率对航空PMMA压缩力学性能的影响研究

本文利用INSTRON试验机和分离式Hopkinson压杆测试了航空有机玻璃在试验温度为299K～373K之间,两种准静态应变率(10-3,10-1 1/s)和一种动态应变率(550 1/s)下的压缩力学行为.试验结果表明:在准静态载荷下,随着温度的升高,材料的弹性模量和流动应力减小,在应变率为10-1 1/s时表现出明显的应变软化行为;在高应变率(550 1/s)下,随着温度的升高,材料的流动应力逐渐减小而破坏应变增大,当温度超过333K时也有应变软化现象发生;在相同温度下,随着应变率的升高,材料的流动应力增大,但破坏应变减小.通过观察变形后试样的形貌,可以认为试样内部的微裂纹是应变软化的主要原因.最后,ZWT粘弹性本构模型被用来对试验数据进行拟合,结果表明该模型能够较好地预测这种材料在应变8%以内的力学行为.