材料微納米級表層硬度計算方法的仿真研究.pdf

1、隨著微納制造技術(shù)的發(fā)展、薄膜材料的廣泛應(yīng)用，準(zhǔn)確衡量材料在微納米尺度下的力學(xué)性能成為一個重要的研究方向。硬度是衡量材料綜合力學(xué)性能的一個非常重要的參數(shù)。微納米尺度下材料硬度測量結(jié)果受到實驗條件、材料微觀結(jié)構(gòu)以及尺寸效應(yīng)的影響，因此急需對材料微納米硬度計算與評價進(jìn)行分析研究。
　　采用ABAQUS有限元軟件分析對比常用的硬度測量方法，包括OP（Oliver-Pharr）法、面積法、壓痕功法等，解釋同一模型在不同硬度計算方法下計算結(jié)果

2、存在差異這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，對合理選取材料硬度計算方法進(jìn)行了探討。材料凸起和凹陷現(xiàn)象是影響硬度計算值的一個重要因素，分析常用工程材料存在凸起凹陷現(xiàn)象時，OP法和壓痕功法計算的硬度結(jié)果的差異。通過建立壓痕殘余應(yīng)力模型與分析，推導(dǎo)壓頭存在圓弧半徑以及材料表面存在傾角時的硬度計算模型。結(jié)合仿真結(jié)果和Hertz理論分析了殘余應(yīng)力狀態(tài)、壓頭圓弧半徑、材料表面與水平方向傾角對材料硬度計算值的影響，并對不同計算方法對這些影響因素的敏感性進(jìn)行了探討。<

3、br>　　基于Maxwell粘彈性理論建立壓痕蠕變有限元模型，分析了壓痕蠕變現(xiàn)象對材料硬度值測量產(chǎn)生影響。探討了不同加載速度、不同保持時間對材料載荷-壓深曲線的影響，以及蠕變材料采用不同硬度計算方法計算硬度值的差異。通過建立軟膜/硬基體和硬膜/軟基體模型，分析薄膜材料與塊狀材料變形行為之間的不同。結(jié)合薄膜中彈塑性區(qū)域隨相對壓深的變化過程，分析了基體效應(yīng)對系統(tǒng)綜合硬度值的影響，對比了不同硬度計算方法在計算純薄膜硬度值的差異。
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