[发明专利]一种利用压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法

摘要

本发明公开了属于材料力学性能研究领域的一种引入额外残余面积通过压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法。该方法所需的实验设备主要有：压痕仪配合原子力显微镜或三维光学成像系统等设备。该方法主要是通过压痕仪对被测试材料进行压痕实验，得到压痕载荷位移曲线，从中提取出相关参数带入到所建立的模型，计算得到材料的弹塑性力学性能。该方法主要有以下两个优势：1)可以成功分离那些具有相似压痕曲线的不同材料，得到的解是唯一的；2)反推得到的解精度很高。因此，利用本发明的理论模型能够反推得到唯一的、高精度的被压材料的弹塑性力学性能。

主权项

一种利用压痕法表征金属材料弹塑性力学性能的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)利用量纲分析法的П定理，建立载荷位移曲线各参数与金属材料弹塑性力学性能各参数之间的无量纲函数关系，通过量纲分析，从载荷位移曲线得到两个独立的无量纲函数П1和П2；(2)定义第三个无量纲函数П3＝ΔA/A；其中，A为在最大压痕深度位置时，相对材料初始表面压入材料的压头的剖面面积的一半；被压金属材料在压痕卸载后会出现堆积效应或沉降效应，由这些效应引起的凸出或凹下部分的剖面面积为额外残余面积ΔA，当被压材料卸载后，压痕残余轮廓为堆积效应时，ΔA为正值；压痕残余轮廓为沉降效应时，ΔA为负值；(3)选取多种金属材料的弹塑性力学性能，通过有限元数值模拟计算，得到针对这些材料的压痕载荷位移曲线，从而可以得到П1、П2和П3三个无量纲函数的离散数值点，然后选取函数分别拟合这三组离散点，这三个拟合函数即为无量纲函数П1、П2和П3的具体表达式；(4)对待测金属材料进行压痕实验，获取载荷位移曲线，通过求解无量纲函数П1、П2和П3的具体表达式所组成的方程组，从而得到待测金属材料的弹塑性力学性能。