CN112016229A - 一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法 - Google Patents
一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112016229A CN112016229A CN202010883110.2A CN202010883110A CN112016229A CN 112016229 A CN112016229 A CN 112016229A CN 202010883110 A CN202010883110 A CN 202010883110A CN 112016229 A CN112016229 A CN 112016229A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- strain
- stress
- characteristic
- composite material
- tested
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title abstract description 13
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims abstract description 50
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 14
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 9
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004080 punching Methods 0.000 abstract description 5
- 238000007545 Vickers hardness test Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 24
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
- G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16C—COMPUTATIONAL CHEMISTRY; CHEMOINFORMATICS; COMPUTATIONAL MATERIALS SCIENCE
- G16C60/00—Computational materials science, i.e. ICT specially adapted for investigating the physical or chemical properties of materials or phenomena associated with their design, synthesis, processing, characterisation or utilisation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明公开了一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其包括制样、试验、筛选、计算、拟合、结果。在待测复合材料的表面打出多个纳米压痕，对筛选出来的纳米压痕，输出载荷‑位移曲线以求出等效模量、参数曲率、刚度、最大压入深度，根据无纲量函数进行特征应力、特征应变、应变强化指数和应力‑应变关系的计算，得到应力‑应变值，然后进行模拟并优化。将特征应力、特征应变和应变强化指数代入到弹塑性应力‑应变模型公式中，得到待测复合材料的力学性能。本发明只需要一次检测可以得到弹性模量、硬度、应力‑应变曲线和弹塑性本构方程，与传统的拉伸相比，维氏硬度测试相比，试样表面无破坏，效率更高，测量更加全面。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料力学性能的测试方法，具体是一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法。
背景技术
力学性能是材料评价的一个重要的标准，也是进行加工和设计的依据。目前，对于力学性能的测量一般都是单轴拉伸试验和维氏硬度试验。单轴拉伸试验，可以直接获得材料的应力-应变曲线，但是获得是金属基复合材料整体的应力-应变曲线，无法测量出复合材料中基体的力学性能。维氏硬度试验，对于复合材料的测量准确性低，对于试样表面有一定的损坏。因此对于复合材料基体的力学性能的测量，使用传统的测量方式不再适用。
纳米压痕技术测量通过纳米压痕仪器可以给出整个过程的加载、卸载曲线，提供了丰富和精确的数据，操作方便，制样简单，基本上对于样品没有损伤。纳米压痕技术在薄膜上的应用已经非常广泛，在金属复合材料中的应用还是比较少。
发明内容
为解决现有力学性能方法的缺陷，本发明提供一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法。
本发明采用以下技术方案实现：一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其包括以下步骤：
一、制样；
提供待测复合材料；
二、试验；
在所述待测复合材料的表面打出多个纳米压痕；
三、筛选；
根据预定好的纳米深度范围从所述多个纳米压痕中筛选符合条件的纳米压痕；
四、计算；
对筛选出来的纳米压痕，输出载荷-位移曲线，使用所述载荷-位移曲线求出等效模量E*、参数曲率C、刚度S、最大压入深度hm，根据无纲量函数进行特征应力σr、特征应变、应变强化指数和应力-应变关系的计算，得到应力-应变值；
五、拟合；
将所述应力-应变值进行模拟，如果模拟得到的载荷-位移曲线与实验得到的载荷-位移曲线存在差别且差别超出预定好的差别范围，则需要将特征应力与特征应变进行优化；
六、结果；
通过对特征应力、特征应变和应变强化指数不断的迭代，确定了最终的特征应力、特征应变和应变强化指数，将特征应力、特征应变和应变强化指数代入到弹塑性应力-应变模型公式中，得到所述待测复合材料的力学性能。
作为上述方案的进一步改进，所述载荷-位移曲线是针对筛选出来的纳米压痕设计的，采用以下表达式：
其中，p为载荷，h为压头深度，hr为残余深度，Wp为加载功，Wt为卸载功，v为被测材料的泊松比，vi为金刚石的泊松比，E为被测材料的弹性模量，Ei为金刚石的弹性模量。
作为上述方案的进一步改进，所述无纲量函数是针对筛选出来的纳米压痕设计的，采用以下表达式：
其中，Π1为无纲量函数1式，σ0.033为初始的特征应力，Π2为无纲量函数2式，n为迭代次数。作为上述方案的进一步改进，在步骤二中，相邻纳米压痕之间的距离是压痕宽度的至少30倍。
作为上述方案的进一步改进，在步骤一中，对所述待测复合材料进行研磨、抛光，使所述待测复合材料的表面光滑。
进一步地，所述研磨是通过400目、600目、800目和1000目砂纸依次对试样打磨。
进一步地，应力-应变值的确定方法为：
由于材料的弹性模量一定的时候，具有相同的特征应力与特征应变的应力-应变关系，均可以得到与实验相吻合的模拟结果，所以当n＝0的时候待测复合材料的屈服应力σy就是特征应力σr，将特征应力σr带入材料属性中，进行有限元计算，如果
与
误差大于0.5％，采用下式进行迭代：
式中，
与
分别为试验获得最大载荷和有限元模拟获得最大载荷。σr(i+1)和σr(i)分别为第i+1和第i次迭代步的特征应力，将σr(i+1)输入到材料属性里进行计算，经过不断的迭代得到新的特征应力，其中初始的特征应力是(1-6)所求的σ0.033，同理，对于特征应变进行优化，将确定的σr、n与估算的εr输入材料属性，进行有限元计算，如果
与
误差大于0.5％，则采用以下迭代：
式子中，εr(i+1)和εr(i)分别为第i+1和i次迭代的特征应变，从而求出确定的特征应力和特征应变，与之前求出的n代入到弹塑性应力-应变模型中。
进一步地，所述弹塑性应力-应变模型σ的设计方式为：
其中，Eε为弹性阶段应力与应变关系，Rεn为塑性阶段应力与应变关系，σy为待测复合材料的屈服应力，εp为塑性应变，E为被测材料弹性模量。
作为上述方案的进一步改进，在步骤五中，所述应力-应变值采用有限元分析软件进行模拟。
作为上述方案的进一步改进，在步骤二中，将所述待测复合材料固定在一个工作台上，按照设定的施加载荷并卸载载荷，从而在所述待测复合材料的表面打出所述多个纳米压痕。
与现有技术相比，本发明专利的有益效果是：
(1)本发明与传统力学性能不同，纳米压痕，可以将压头直接压入到基体材料(即待测复合材料)上进行检测，这样可以更加精确的测得金属基复合材料基体的力学性能，以及金属基复合材料增强体的力学性能，从而对于复合材料下一步的加工具有指导意义。
(2)本发明纳米压痕检测属于无损检测，对于试样的损伤特别小，制造样品十分简单，与其他的力学性能检测相比，需要制样量少，一次打出多个测试点，可以准确的反应颗粒的分布情况，应力分布的情况。
(3)本发明只需要一次检测可以得到弹性模量、硬度、应力-应变曲线和弹塑性本构方程。与传统的拉伸、维氏硬度测试相比效率更高，测量更加全面。
(4)本发明通过基于量纳法和反演分析法的数据处理优化，可以使得到的弹塑性本构方程更加准确。
附图说明
图1为本发明实施例1的金属基复合材料基体的力学性能测试方法的流程图。
图2为经典的载荷-位移曲线示意图。
图3为实例2中试样网格模型示意图。
图4为不同压痕下的应力-应变曲线示意图。
图5为实例2中试样特征应力迭代示意图
图6为实例2中试样特征应变迭代示意图
图7为实例2中试样有限元模拟与实验对比示意图。
图8为实例2中试样的应力-应变示意图。
图9为实例2中试样量纳法和反演分析法获得的载荷-位移曲线示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请参阅图1，本发明的金属基复合材料基体的力学性能测试方法主要包括以下步骤：制样、试验、筛选、计算、拟合、结果。
一、制样。
提供待测复合材料。
可以将制备好的金属基复合材料按照纳米压痕试验的要求，切割成合适大小制成若干个样品。由于表面粗糙度影响最后的压痕深度的确定，在试验之前，样品尽量通过研磨、抛光，使其表面光滑。研磨可以是通过400目、600目、800目和1000目砂纸依次对试样打磨。
二、试验。
在所述待测复合材料的表面打出多个纳米压痕。
在本实施例中，将所述待测复合材料固定在一个工作台上，按照设定的施加载荷并卸载载荷，从而在所述待测复合材料的表面打出所述多个纳米压痕。相邻纳米压痕之间的距离是压痕宽度的至少30倍，这样可以能保证压痕之间相互不受影响。
三、筛选。
根据预定好的纳米深度范围从所述多个纳米压痕中筛选符合条件的纳米压痕。
四、计算。
对筛选出来的纳米压痕，输出载荷-位移曲线，使用所述载荷-位移曲线求出等效模量E*、参数曲率C、刚度S、最大压入深度hm，根据无纲量函数进行特征应力σr、特征应变、应变强化指数和应力-应变关系的计算，得到应力-应变值。
所述载荷-位移曲线是针对筛选出来的纳米压痕特别设计的，采用以下表达式：
其中，p为载荷，h为压头深度，hr为残余深度，Wp为加载功，Wt为卸载功，v为被测材料的泊松比，vi为金刚石的泊松比，E为被测材料的弹性模量，Ei为金刚石的弹性模量。
所述无纲量函数也是针对筛选出来的纳米压痕特别设计的，采用以下表达式：
其中，Π1为无纲量函数1式，σ0.033为初始的特征应力，Π2为无纲量函数2式，n为迭代次数。
五、拟合。
将所述应力-应变值进行模拟，如果模拟得到的载荷-位移曲线与实验得到的载荷-位移曲线存在差别且差别超出预定好的差别范围，则需要将特征应力与特征应变进行优化。
所述应力-应变值可采用有限元分析软件进行模拟。其中，应力-应变值的确定方法为：
由于材料的弹性模量一定的时候，具有相同的特征应力与特征应变的应力-应变关系，均可以得到与实验相吻合的模拟结果，所以当n＝0的时候待测复合材料的屈服应力σy就是特征应力σr，将特征应力σr带入材料属性中，进行有限元计算。
六、结果。
通过对特征应力、特征应变和应变强化指数不断的迭代，确定了最终的特征应力、特征应变和应变强化指数，将特征应力、特征应变和应变强化指数代入到弹塑性应力-应变模型公式中，得到所述待测复合材料的力学性能。
如果
与
误差大于0.5％，采用下式进行迭代：
式中，
与
与分别为试验获得最大载荷和有限元模拟获得最大载荷。σr(i+1)和σr(i)分别为第i+1和第i次迭代步的特征应力，将σr(i+1)输入到材料属性里进行计算，经过不断的迭代得到新的特征应力，其中初始的特征应力是(1-6)所求的σ0.033，同理，对于特征应变进行优化，将确定的σr、n与估算的εr输入材料属性，进行有限元计算，如果
与
误差大于0.5％，则采用以下迭代：
式子中，εr(i+1)和εr(i)分别为第i+1和i次迭代的特征应变，从而求出确定的特征应力和特征应变，与之前求出的n代入到弹塑性应力-应变模型中。
所述弹塑性应力-应变模型σ的设计方式为：
Eε为弹性阶段应力与应变关系，Rεn为塑性阶段应力与应变关系，σy为待测复合材料的屈服应力，εp为塑性应变，E为被测材料弹性模量。
实施例2
为了更好的展示本发明，针对实施例1进行具体的实践。
请参阅图2～4，本发明实施例中，一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法，该方法具体步骤如下：
一.制样，将制备好的复合材料按照纳米压痕试验的要求，切割成合适大小制成若干个样品，由于表面粗糙度影响最后的压痕深度的确定在试验之前，样品需要通过研磨、抛光，使其表面光滑；
二.试验，将试样固定在工作台上，按照设定的施加载荷并卸载载荷，在样品的表面打出x个纳米压痕；
三.筛选，根据打出的纳米深度不同筛选出打到基体上的纳米压痕进行计算；
四.计算，通过筛选之后的纳米压痕，输出载荷-位移曲线，使用载荷-位移曲线求出等效模量，参数曲率，刚度，最大压入深度，根据无纲量函数进行初步的应力-应变的计算；
五.拟合，将初步得到的应力-应变代入到有限元分析软件进行模拟，发现与实验得到的载荷-位移曲线差别很大，需要将特征应力与特征应变进行优化；
六.结果，通过不断的迭代，确定了最终的特征应力、特征应变和应变强化指数，将这些参数代入到弹塑性应力-应变模型公式中，得到基体的力学性能。
例如测量铝基复合材料铝基体的力学性能。
一.制样，将制备好铝基复合材料按照纳米压痕试验的要求，切割制成20mmX20mm大小若干个样品，样品依据放入丙酮和乙醇中进行超声波清洗，然后通过400目、600目、800目和1000目砂纸对试样研磨和抛光，使其表面光滑。
二.试验，将将试样固定在工作台上，施加位移载荷500nm并卸载载荷，在样品的表面打出6个纳米压痕，纳米压痕之间距离为50um。
三.筛选，通过纳米压痕的深度观察和记录出来的载荷-位移曲线如图9，第六个压痕恰好打到基体上，主要判断依据，Al基体材料的强度远低于增强相的强度。
四.计算，通过筛选之后的纳米压痕，输出载荷-位移曲线，使用载荷-位移曲线求出等效模量，参数曲率，刚度，最大压入深度，根据无纲量函数(1-5)和(1-6)进行初步的应力-应变的计算。
根据量纲法推导材料塑性性能的模型，可以得到纳米压痕试样材料初始的塑性性能。
表1基于量纳法推导过程中的参数及计算结果
量纳法定义材料的特征应变为0.033，根据方程(1-5)和(1-6)可以得到在此特征应变时的特征应力和硬化指数，再利用本构关系可以得到材料的屈服强度。因此采用量纲法模型计算出来特征应力为387.7MPa，表2-1列出了计算过程中所需的参数以及计算的结果。得到的B4C/Al复合材料基体的应力应变本构模型如下：
将方程(2-10)所述的B4C/Al复合材料基体的弹塑性本构方程以应力应变的方式赋予试样材料的属性，进行有限元的模拟，得到的载荷曲线如图7所示。与实际纳米压痕实验对比发现：模拟的曲线与实际实验曲线有偏差，模拟曲线的最高点值略小于实际实验曲线最高点，说明量纳法模型求解出来的材料的力学性能只是一个粗略的解，因此需要进一步的优化。
五.拟合，将特征应力与特征应变经过以下方式优化：
(1)特征应力优化
由于材料的弹性模量一定的时候，具有相同的特征应力与特征应变的应力-应变关系，均可以得到与实验相吻合的模拟结果。所以当n＝0的时候其屈服应力σy就是特征应力σr。将量纲法求出来的特征应力带入材料属性中，进行有限元计算，采用下式进行迭代：
式中，σr(i+1)和σr(i)分别为第i+1和第i次迭代步的特征应力。将σr(i+1)输入到材料属性里进行计算，最终得到特征应力为396.51MPa，此时
为8.109mN，误差为0.123％。模拟过程如图5所示。
(2)特征应变优化
与σr的计算方法相似，由于初始的是0.033的应变，所以将确定的σr，n与ε＝0.033输入材料属性，进行有限元计算，如果
与
误差大于0.5％，则采用以下迭代：
式子中，εr(i+1)和εr(i)分别为第i+1和i次迭代的特征应变，迭代的过程如下表2所示，最后确定的εr为0.0316，
与
误差为0.308％。最终迭代的曲线如图6所示。
表2特征应变的迭代结果
六.结果，通过不断的迭代，确定了最终的特征应力、特征应变和强化系数，将已确定的E，n和(σr，εr)代入到(1-1)中，从而确定屈服应力σy的值。从而得到B4C/Al复合材料基体的弹塑性应力-应变关系为：
应力-应变曲线如图8所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，其包括以下步骤：
一、制样；
提供待测复合材料；
二、试验；
在所述待测复合材料的表面打出多个纳米压痕；
三、筛选；
根据预定好的纳米深度范围从所述多个纳米压痕中筛选符合条件的纳米压痕；
四、计算；
对筛选出来的纳米压痕，输出载荷-位移曲线，使用所述载荷-位移曲线求出等效模量E*、参数曲率C、刚度S、最大压入深度hm，根据无纲量函数进行特征应力σr、特征应变、应变强化指数和应力-应变关系的计算，得到应力-应变值；
五、拟合；
将所述应力-应变值进行模拟，如果模拟得到的载荷-位移曲线与实验得到的载荷-位移曲线存在差别且差别超出预定好的差别范围，则需要将特征应力与特征应变进行优化；
六、结果；
通过对特征应力、特征应变和应变强化指数不断的迭代，确定了最终的特征应力、特征应变和应变强化指数，将特征应力、特征应变和应变强化指数代入到弹塑性应力-应变模型公式中，得到所述待测复合材料的力学性能。
2.如权利要求1所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，所述载荷-位移曲线是针对筛选出来的纳米压痕设计的，采用以下表达式：
其中，p为载荷，h为压头深度，hr为残余深度，Wp为加载功，Wt为卸载功，v为被测材料的泊松比，vi为金刚石的泊松比，E为被测材料的弹性模量，Ei为金刚石的弹性模量。
3.如权利要求1所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，所述无纲量函数是针对筛选出来的纳米压痕设计的，采用以下表达式：
其中，Π1为无纲量函数1式，σ0.033为初始的特征应力，Π2为无纲量函数2式，n为迭代次数。
4.如权利要求1所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，在步骤二中，相邻纳米压痕之间的距离是压痕宽度的至少30倍。
5.如权利要求1所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，在步骤一中，对所述待测复合材料进行研磨、抛光，使所述待测复合材料的表面光滑。
6.如权利要求5所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，所述研磨是通过400目、600目、800目和1000目砂纸依次对试样打磨。
7.如权利要求3所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，应力-应变值的确定方法为：
由于材料的弹性模量一定的时候，具有相同的特征应力与特征应变的应力-应变关系，均可以得到与实验相吻合的模拟结果，所以当n＝0的时候待测复合材料的屈服应力σy就是特征应力σr，将特征应力σr带入材料属性中，进行有限元计算，如果
与
误差大于0.5％，采用下式进行迭代：
式中，
与
分别为试验获得最大载荷和有限元模拟获得最大载荷；σr(i+1)和σr(i)分别为第i+1和第i次迭代步的特征应力，将σr(i+1)输入到材料属性里进行计算，经过不断的迭代得到新的特征应力，其中初始的特征应力是(1-6)所求的σ0.033，同理，对于特征应变进行优化，将确定的σr、n与估算的εr输入材料属性，进行有限元计算，如果
与
误差大于0.5％，则采用以下迭代：
式子中，εr(i+1)和εr(i)分别为第i+1和i次迭代的特征应变，从而求出确定的特征应力和特征应变，与之前求出的n代入到弹塑性应力-应变模型中。
8.如权利要求3所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，所述弹塑性应力-应变模型σ的设计方式为：
其中，Eε为弹性阶段应力与应变关系，Rεn为塑性阶段应力与应变关系，σy为待测复合材料的屈服应力，εp为塑性应变，E为被测材料弹性模量。
9.如权利要求1所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，在步骤五中，所述应力-应变值采用有限元分析软件进行模拟。
10.如权利要求1所述的金属基复合材料基体的力学性能测试方法，其特征在于，在步骤二中，将所述待测复合材料固定在一个工作台上，按照设定的施加载荷并卸载载荷，从而在所述待测复合材料的表面打出所述多个纳米压痕。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010883110.2A CN112016229A (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010883110.2A CN112016229A (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112016229A true CN112016229A (zh) | 2020-12-01 |
Family
ID=73502831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010883110.2A Pending CN112016229A (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112016229A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113484175A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-08 | 重庆齿轮箱有限责任公司 | 一种基于形貌测量的材料力学性能分析方法 |
| CN114323951A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-12 | 华侨大学 | 基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法 |
| CN114739845A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-07-12 | 岚图汽车科技有限公司 | 金属焊缝及热影响区的力学性能检测方法及装置 |
| CN114935516A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-23 | 中国石油大学(华东) | 一种采用球压痕法测试金属材料拉伸性能的方法 |
| CN115114824A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-27 | 成都微力特斯科技有限公司 | 一种弹、塑性应变能比例叠加的延性材料压入试验方法 |
| CN116448553A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-18 | 河南科技大学 | 一种获取多层结构金属板材本构关系的方法及应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102288499A (zh) * | 2011-08-31 | 2011-12-21 | 湖南大学 | 一种识别焊缝不同区域材料静态力学性能参数的检测方法 |
| CN104330298A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-04 | 北京理工大学 | 表面梯度金属材料的细微观力学性能评估测量方法及装置 |
| JP2017026606A (ja) * | 2015-07-27 | 2017-02-02 | 株式会社日立製作所 | 耐キャビテーションエロージョン部品の設計製造プロセス |
| CN109299568A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-01 | 南京航空航天大学 | 基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法 |
| US10288540B1 (en) * | 2014-11-28 | 2019-05-14 | Kla-Tencor Corporation | Instrumented indentation apparatus having indenter punch with flat end surface and instrumented indentation method using the same |
-
2020
- 2020-08-28 CN CN202010883110.2A patent/CN112016229A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102288499A (zh) * | 2011-08-31 | 2011-12-21 | 湖南大学 | 一种识别焊缝不同区域材料静态力学性能参数的检测方法 |
| CN104330298A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-04 | 北京理工大学 | 表面梯度金属材料的细微观力学性能评估测量方法及装置 |
| US10288540B1 (en) * | 2014-11-28 | 2019-05-14 | Kla-Tencor Corporation | Instrumented indentation apparatus having indenter punch with flat end surface and instrumented indentation method using the same |
| JP2017026606A (ja) * | 2015-07-27 | 2017-02-02 | 株式会社日立製作所 | 耐キャビテーションエロージョン部品の設計製造プロセス |
| CN109299568A (zh) * | 2018-10-24 | 2019-02-01 | 南京航空航天大学 | 基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| M. DAO: "COMPUTATIONAL MODELING OF THE FORWARD AND REVERSE PROBLEMS IN INSTRUMENTED SHARP INDENTATION", ACTA MATERIALIA, vol. 49, no. 19, pages 3900 - 3918 * |
| 秦飞: "纳米压痕法确定TSV-Cu的应力-应变关系", 金属学报, vol. 50, no. 6, pages 723 - 726 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113484175A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-08 | 重庆齿轮箱有限责任公司 | 一种基于形貌测量的材料力学性能分析方法 |
| CN113484175B (zh) * | 2021-07-01 | 2022-09-06 | 重庆齿轮箱有限责任公司 | 一种基于形貌测量的材料力学性能分析方法 |
| CN114323951A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-04-12 | 华侨大学 | 基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法 |
| CN114323951B (zh) * | 2021-12-31 | 2023-07-28 | 华侨大学 | 基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法 |
| CN114739845A (zh) * | 2022-04-20 | 2022-07-12 | 岚图汽车科技有限公司 | 金属焊缝及热影响区的力学性能检测方法及装置 |
| CN114935516A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-08-23 | 中国石油大学(华东) | 一种采用球压痕法测试金属材料拉伸性能的方法 |
| CN115114824A (zh) * | 2022-06-28 | 2022-09-27 | 成都微力特斯科技有限公司 | 一种弹、塑性应变能比例叠加的延性材料压入试验方法 |
| CN115114824B (zh) * | 2022-06-28 | 2023-08-15 | 成都微力特斯科技有限公司 | 一种弹、塑性应变能比例叠加的延性材料压入试验方法 |
| CN116448553A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-07-18 | 河南科技大学 | 一种获取多层结构金属板材本构关系的方法及应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112016229A (zh) | 一种金属基复合材料基体的力学性能测试方法 | |
| CN109299568B (zh) | 基于纳米压痕试验的焊接接头本构模型反推方法 | |
| CN102564856B (zh) | 基于数字图像相关的塑性多缺陷材料m积分测量方法 | |
| CN108645704A (zh) | 基于纳米压痕和有限元模拟反演标定金属材料微观本构参数的方法 | |
| Bocciarelli et al. | Indentation and imprint mapping method for identification of residual stresses | |
| CN109063287B (zh) | 一种离心叶轮中心孔裂纹扩展特征模拟件设计方法 | |
| Qiu et al. | Quantitative evaluation of bonding strength for hard coatings by interfacial fatigue strength under cyclic indentation | |
| CN107631949B (zh) | 一种基于单锥压入的板料各向异性塑性参数识别方法 | |
| Yonezu et al. | A method to estimate residual stress in austenitic stainless steel using a microindentation test | |
| KR100643193B1 (ko) | 연속압입시험을 이용한 선형적인 가공경화현상을 갖는재료의 가상의 가공경화지수, 응력계수,항복강도 및인장강도 결정방법 | |
| Melo et al. | Viscoelastic characterization of transversely isotropic composite laminae | |
| CN111855458A (zh) | 一种基于纳米压痕理论的多孔材料本构关系求解方法 | |
| Kuwabara et al. | Hole expansion simulation considering the differential hardening of a sheet metal | |
| Grédiac et al. | Identifying constitutive parameters from heterogeneous strain fields using the virtual fields method | |
| Qiu et al. | A novel approach to extracting hardness of copper/niobium (Cu/Nb) multilayer films by removing the substrate effect | |
| CN116184279A (zh) | 一种弱磁信号定量化的方法 | |
| CN114611354A (zh) | 一种基于纳米压痕试验的电子封装材料残余应力计算方法 | |
| CN114062136A (zh) | 一种基于压痕能量计算金属材料断裂韧性的方法 | |
| JPH09288050A (ja) | 硬さ試験による弾塑性材料定数の決定方法 | |
| Mahmoudi et al. | A novel method to determine material properties and residual stresses simultaneously using spherical indentation | |
| CN111508572B (zh) | 一种金属材料平面应力断裂韧度的确定方法 | |
| Hill et al. | Evaluation of residual stress corrections to fracture toughness values | |
| JP2015222207A (ja) | 構造物の評価方法及び評価装置 | |
| CN109492323B (zh) | 基于变形测试的毛坯初始残余应力高精度反求方法 | |
| Tanaka et al. | Verification of radial displacement correction effect in instrumented indentation testing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |