殘余應力對壓痕實驗中壓力-壓痕深度曲線的影響.pdf

1、有關殘余應力的研究可以追溯到1841年，NeumanFE當年就發(fā)表了首篇定量研究殘余應力的論文。然而，由于殘余應力成因極其復雜,一直未找到成熟可靠的理論分析和計算方法。直到20世紀中期，微電子技術的發(fā)展和計算機的普遍應用，殘余應力的測量技術才取得了突破性的進展。發(fā)展至今共形成數十種傳統(tǒng)測量方法，概括起來大致可分為兩大類，即具有一定損傷的機械釋放測量法和非破壞性無損傷的物理測量法。有損檢測法利用機械加工或其它加工方法將殘余應力釋放，然后測

2、量應變的變化求出殘余應力。它的優(yōu)點是：測量精度高，缺點是：對構件損傷大；無損檢測法利用材料物理性質的變化或晶體結構參數的變化測量殘余應力。其中，壓痕法是一種能無損地測量殘余應力的新方法，借助于理論分析和有限元方法研究壓痕法中有關測量參數，能方便、準確地獲得構件中的殘余應力。作為一種局部的非破壞的試驗方法，壓痕試驗技術在材料力學性能的測定中已經得到了廣泛的應用。它的優(yōu)點是：對構件無損害或損害很小。由于殘余應力會影響到材料的腐蝕、開裂、疲勞

3、強度等力學性能，同時也會對材料的物理機械性能產生巨大影響，對結構的強度造成很大危害，歷史上許多災難性破壞事故大多是由結構中的殘余應力引起，因此，研究和測量構件中的殘余應力對生產和科學實驗有著重要的現實意義。
　　本文是建立在微米級壓痕實驗的基礎上，結合有限元仿真來分析材料的殘余應力對壓力-深度曲線影響。分別由壓痕實驗和有限元仿真得到壓力-壓痕深度曲線。所得到的壓力-壓痕深度曲線擬合的非常好。這證明用有限元模擬壓痕實驗的結果是非?？?/p>

4、靠的；接著對表面存在不同應力狀態(tài)的低碳鋼試樣進行壓痕實驗的有限元仿真，對比分析不同殘余應力狀態(tài)下的壓力-壓痕深度曲線。本文最后設計了單向加載裝置，結合有限元仿真分析了單向殘余應力對壓力-壓痕深度曲線的影響。
　　有限元仿真和實驗結果表明，在微米尺度下用壓痕法測量材料表面的殘余應力是可行的。由于壓痕法可以表征材料表面從幾納米到幾百微米深度的力學性能，而且具有經濟、方便、快捷等優(yōu)點，所以用壓痕法來測量微小體積材料表面的殘余應力有著非常