弹性模量仪器化压入测试方法比较分析

文中以弹性模量仪器化压入测试方法的力学模型、传感器性能指标对测试结果的影响、数据处理方法对测试结果的影响为切入点,对三种仪器化压入测试方法进行分析比较.纯能量方法建立的力学模型准确地解释了仪器化压入过程,对测试传感器性能参数和数据处理方法的敏感程度较低,具有一定的鲁棒性.     

S45C钢仪器化压入有限元仿真与实验验证

对基于四棱锥Vickers压头的S45C钢仪器化压入进行了有限元数值仿真,并从载荷-位移曲线和弹性模量识别结果两个方面对S45C钢仪器化压入有限元仿真结果和仪器化压入实验结果进行了比较.结果表明,S45C钢仪器化压入有限元仿真结果与仪器化压入实验结果能够较好吻合.S45C钢弹性模量仿真识别结果和实验识别结果与标准单轴拉伸实验结果之差分别为2.28％和4.21％.     

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.     

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。     

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。     

高精度仪器化压入仪设计与应用

研制了一款试样参照型高精度仪器化压入仪。该仪器采用3个探头式电容位移传感器与深度测量随动盘相结合的压入深度测量方式,排除了试样小角度倾斜、机架变形以及试样支撑或夹持变形对压入深度测量的影响,从原理上保证了仪器化压入测试中最关键的基础数据即金刚石压头压入试样深度的测量准确性。压入仪的驱动装置与载荷传感器采用分离式设计方案,避免了载荷测量的热漂移问题,保证了载荷基础数据的测试精度。仪器采用自主研发的系列材料力学性能测试新原理和新方法,解决了目前国际上商用仪器化压入仪采用传统测试原理及方法所带来的力学性能参数测试精度不高的问题。利用所设计的"高精度仪器化压入仪",对6061铝合金和S45C碳钢2种材料进行了杨氏模量的仪器化压入测试,验证了所设计仪器的测试精度。     

微压入仪的设计与柔度分析

设计了基于仪器化压入技术的具有纳米测试精度的微压入仪,仪器集驱动、检测、控制和数据分析等功能于一体.采用音圈电机加载,无传动机构,减少了中间误差;通过高精度电容式位移传感器和应变式载荷传感器采集信号;设计了基于PID算法的闭环控制系统,编写了控制软件.通过有限元方法分析了加载时机架和试样的变形,标定了仪器柔度,仪器总体柔度约为1.8×10-8m/N,远小于目前商用仪器化压入仪的柔度,从原理上保证了测试结果的准确性.     

仪器化压入仪深度测量随动盘模态分析

建立了高精度仪器化压入仪深度测量随动盘的三维实体模型,并利用有限元分析软件ABAQUS计算了该模型的固有频率和振型.结果表明:深度测量随动盘第(1～6)阶的固有频率均处于低频范围(小于20Hz),这就要求高精度仪器化压入仪的驱动部件应选用具有平滑线性力/行程控制特性的音圈电机,将压入测试时的加/卸载过程控制在准静态状态.此外,高精度仪器化压入仪应配备具有较好低频振动隔离特性的隔振台.分析对高精度仪器化压入仪的设计和改进以及工作环境的选择有一定指导意义.     

用纳米压入法测量硼化铪涂层的弹性模量

用Nano IndenterⅡ对硼化铪，石英和硼化铪/硅等膜/基结构进行纳米压入测量。通过对测得的载荷一位移曲线进行处理，得到硼化铪涂层的弹性模量为188．78GPa。实验表明，较软基底对测量结果的影响较大，所得的评定值失真，用KING提出的评定模型也未获得较好的结果。因此，最大压入深度应在保证压头尖钝化和薄膜表面质量对测量结果影响不太大的情况下尽量减少最大压入深度。     

仪器化压入仪机架受力变形及模态的有限元分析

利用ABAQUS分析软件,对高精度仪器化压入仪机架受力变形情况及模态进行了有限元分析。得到了机架受力时倾斜角度的变化规律以及机架的固有频率和振型。分析结果表明:机架倾斜造成的载荷测量值与真实压入载荷之间的百分比误差处于10-8量级,机架倾斜对压入载荷的测试精度基本不构成影响。机架前六阶的固有频率均处于低频范围,因此,测试时高精度仪器化压入仪的加/卸载过程应控制在准静态状态,且高精度仪器化压入仪应配备具有较好低频振动隔离特性的隔振台。研究为高精度仪器化压入仪机架的设计和改进提供了依据。     

两种陶瓷材料仪器化压入硬度与维氏硬度的比较分析

使用高精度压入仪分别测试氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷的仪器化压入硬度,并通过测量压痕对角线长度计算两种陶瓷材料的维氏硬度。结果表明:氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷的仪器化压入硬度均高于维氏硬度,两种硬度比值分别为1.225、1.130,基本符合文献所提比值1.195倍的关系,据此,陶瓷材料的维氏硬度可由仪器化压入测试获得,解决了小载荷硬度测试情况下因压痕不够清晰导致的压痕对角线测量困难问题。     

基于名义硬度的金属材料塑性参数压入识别方法

采用量纲分析和有限元数值仿真建立了对应Vickers压头和面角为172°的四棱锥压头的特征应力和特征应变与名义硬度的函数关系式,以此为基础建立了基于名义硬度的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法。6061铝合金、S45C碳钢、SS316不锈钢、SS304不锈钢和黄铜5种金属材料条件屈服强度σ0.2的识别误差为-17.1%~15.4%,应变硬化指数n的识别误差为-0.125~0.11,基本满足工程需要,验证了建立的金属材料塑性参数仪器化压入识别方法的有效性。     

压入测试仪柔度标定方法研究

仪器柔度标定和位移校准是压入法测试的一项重要工作,通过对各种标定方法特点的综合比较认为Doerner-Nix法是一种理想的折中方法,结果相对可靠并易于操作。利用该法对微压入测试仪进行了标定,获得的柔度值为0．61×10-6m/N。仪器校准后得到的Si(100)弹性模量和硬度值与文献值符合较好,而未校准直接获得的2个测试值比校准后分别低21．5％和2．4％。     

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。     

摩托车右曲轴箱油道堵头压入工艺改进

简述156F-Ⅱ型摩托车右曲轴箱油道孔在发动机润滑系统的作用及其加工工艺，对人工打入油道堵头与机械压入堵头工艺进行优缺点对比，介绍了机械压入堵头机构在生产线上的应用。     

摩托车右曲轴箱油道堵头压入工艺改进

简述 15 6F Ⅱ型摩托车右曲轴箱油道孔在发动机润滑系统里的作用及其加工工艺 ,对人工打入油道堵头与机械压入堵头工艺进行优、缺点对比 ,介绍机械压入堵头机构在生产线上的应用。     

骨架密封圈压入、脱出力测定方法的研究

该文研究了一种骨架密封圈压入及脱出力的试验方法,测定方法是在一定的温度条件下,密封圈在带有测力装置的试验机的作用下,以一定的速度运动设定的位移以使密封圈压入腔体或从腔体中脱出,并得到位移-力曲线和最大力值。此方法规定了骨架密封圈压入、脱出力试验方法,适应于内包骨架、外露骨架及装配式骨架密封圈压入、脱出力的性能评价。     

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.     

压入装置继电器控制气动系统的设计

介绍了用继电器控制压入装置气动系统的设计方法，根据压入装置的动作要求，绘制位移步骤图，选择合适的电、气动元器件，进行气动回路和继电器电路设计，以实现压入装置电气自动化控制。     

铆钉压入机传动系统的设计及研究

针对某底座零件的自动送料及铆压加工过程设计研制了专用铆钉压入机,其传动系统通过采用交流伺服驱动系统、滚珠丝杠、直线导轨等装置,通过惯量匹配的研究、电机转速的调试、滚珠丝杠的消隙和支承方式的合理设计,解决了自动、高效、往返送料及精确定位的难题;通过采用光电传感器技术和PLC技术解决了每次送料基点一致性的问题,定位精度可达5μm.