微納米壓痕有限元仿真及壓痕硬度計(jì)算方法研究.pdf

1、隨著微機(jī)電系統(tǒng)、微加工及微裝配技術(shù)的發(fā)展，對(duì)材料的微觀力學(xué)性能提出了越來越高的要求。硬度能夠反映材料的綜合力學(xué)性能，對(duì)產(chǎn)品強(qiáng)度設(shè)計(jì)、生命周期預(yù)測(cè)都起著關(guān)鍵性作用，納米壓痕硬度測(cè)量是衡量材料微納米尺度硬度的主要手段之一。微納米尺度實(shí)驗(yàn)易受加工和測(cè)量誤差的影響，計(jì)算機(jī)仿真能夠分析單一因素對(duì)壓痕硬度的影響，能更好地理解微納米尺度壓痕硬度的變化規(guī)律而被廣泛采用。
　　采用ABAQUS有限元軟件對(duì)壓痕過程中硬度的變化規(guī)律進(jìn)行了仿真研究，建立

2、了用于微納米尺度壓痕測(cè)試的Berkovich、Vickers和圓錐壓頭模型和不同被測(cè)材料的有限元模型，設(shè)置了材料的各項(xiàng)彈塑性屬性參數(shù)，根據(jù)壓痕測(cè)試特征和網(wǎng)格變形情況，劃分了被測(cè)材料網(wǎng)格，并采用了自適應(yīng)技術(shù)對(duì)網(wǎng)格的扭曲變形進(jìn)行控制，通過對(duì)被測(cè)材料和壓痕過程分析，合理設(shè)定了分析步時(shí)間、加載條件和邊界條件，對(duì)壓痕硬度測(cè)試過程進(jìn)行了仿真分析。
　　利用Matlab實(shí)現(xiàn)Oliver-Pharr法、直接面積法、壓痕功法等三種壓痕硬度方法的計(jì)算

3、，通過ABAQUS仿真不同壓頭形狀、壓頭尖端具有不同圓弧半徑、壓頭與被測(cè)材料不垂直、壓頭與被測(cè)材料間存在摩擦以及軟膜硬基系統(tǒng)的壓痕過程，得到了各種因素對(duì)壓痕形貌、壓痕過程做功以及不同計(jì)算方法得到的壓痕硬度的影響規(guī)律。
　　基于低階應(yīng)變梯度理論對(duì)壓痕硬度測(cè)試過程進(jìn)行有限元仿真，與經(jīng)典塑性理論的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得到考慮應(yīng)變梯度時(shí)Oliver-Pharr法和壓痕功法隨壓痕深度的變化規(guī)律。
　　微納米壓痕硬度的有限元仿真結(jié)果表