[发明专利]一种压入硬度预测材料单轴本构关系的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及金属材料性能检测，尤其是在役构件材料单轴本构关系的探测领域。

背景技术：

单轴应力应变曲线(即本构关系)作为最基本的材料力学性能，对于工程构件的设计和服役起着重要的作用。获取材料单轴本构关系的通常做法是取用原材料加工或从工程构件上截取标准拉伸试样后在实验室进行拉伸试验。然而，对于经受损伤、老化等问题的服役工程构件，不允许从中截取标准试样，从而使得传统拉伸试验方法无法用于在役构件的单轴本构关系测量。另一方面，对于焊接结构，焊缝、热影响区、母材区的材料单轴本构关系通常有较大差异，传统拉伸试验方法也不便于实现焊接材料本构关系的分散性研究和焊接构件受力与变形的精细分析。针对上述情况，目前尚无可用于材料单轴本构关系预测的无损或微损的便携检测技术。

压入硬度试验是一种用一定的载荷将规定的压头压入被测材料，以材料表面局部塑性变形的大小比较被测材料软硬的方法。硬度值由最大试验力同对应的压痕面积之比值来表征。由于压头、载荷以及载荷持续时间的不同，压入硬度主要包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等几种类型。传统的压入硬度试验简单易行，包括布氏硬度计、洛氏硬度计、维氏硬度计、显微硬度计、多用途硬度计以及手持式便携硬度计等仪器化产品不断涌现，但是该类产品仅能用于材料硬度的测量。事实上，压入试验过程蕴含了被测材料弹、塑性变形行为的丰富信息，通过对该传统试验方法进行技术创新，或可实现材料单轴本构关系的微损、便携测量。Oliver和Pharr，Oliver W C，Pharr G M.An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indention experiments[J].Journal of Materials Research，1992，7：1564-1583.基于弹性接触理论通过连续记录在压入硬度试验加卸载过程中的压头载荷P-压入深度h曲线，提出了经典的材料弹性模量压入测量方法。图1为压入硬度试验得到的典型压入载荷P-深度h曲线。该技术方案通过式(1)求解材料的弹性模量E。

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