殘余應(yīng)力對壓痕實驗中壓力-壓痕深度曲線的影響.pdf

1、有關(guān)殘余應(yīng)力的研究可以追溯到1841年，NeumanFE當(dāng)年就發(fā)表了首篇定量研究殘余應(yīng)力的論文。然而，由于殘余應(yīng)力成因極其復(fù)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(jì)中期，微電子技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)的普遍應(yīng)用，殘余應(yīng)力的測量技術(shù)才取得了突破性的進(jìn)展。發(fā)展至今共形成數(shù)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(jī)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(jī)械加工或其它加工方法將殘余應(yīng)力釋放，然后測

2、量應(yīng)變的變化求出殘余應(yīng)力。它的優(yōu)點是：測量精度高，缺點是：對構(gòu)件損傷大；無損檢測法利用材料物理性質(zhì)的變化或晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化測量殘余應(yīng)力。其中，壓痕法是一種能無損地測量殘余應(yīng)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(guān)測量參數(shù)，能方便、準(zhǔn)確地獲得構(gòu)件中的殘余應(yīng)力。作為一種局部的非破壞的試驗方法，壓痕試驗技術(shù)在材料力學(xué)性能的測定中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。它的優(yōu)點是：對構(gòu)件無損害或損害很小。由于殘余應(yīng)力會影響到材料的腐蝕、開裂、疲勞

3、強(qiáng)度等力學(xué)性能，同時也會對材料的物理機(jī)械性能產(chǎn)生巨大影響，對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度造成很大危害，歷史上許多災(zāi)難性破壞事故大多是由結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力引起，因此，研究和測量構(gòu)件中的殘余應(yīng)力對生產(chǎn)和科學(xué)實驗有著重要的現(xiàn)實意義。
　　本文是建立在微米級壓痕實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元仿真來分析材料的殘余應(yīng)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(jié)果是非常可

4、靠的；接著對表面存在不同應(yīng)力狀態(tài)的低碳鋼試樣進(jìn)行壓痕實驗的有限元仿真，對比分析不同殘余應(yīng)力狀態(tài)下的壓力-壓痕深度曲線。本文最后設(shè)計了單向加載裝置，結(jié)合有限元仿真分析了單向殘余應(yīng)力對壓力-壓痕深度曲線的影響。
　　有限元仿真和實驗結(jié)果表明，在微米尺度下用壓痕法測量材料表面的殘余應(yīng)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(xué)性能，而且具有經(jīng)濟(jì)、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(yīng)力有著非常