平頭壓痕測(cè)試技術(shù)及其應(yīng)用

前言

　　壓痕測(cè)試是近年來(lái)工程技術(shù)界關(guān)注的前沿技術(shù)，作為一種局部的、非破壞的試驗(yàn)方法，壓痕技術(shù)在材料力學(xué)性能特別是薄膜材料力學(xué)性能的測(cè)定中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。為了適用于目前材料科學(xué)的迅速發(fā)展，壓痕法的應(yīng)用領(lǐng)域也有了較快發(fā)展，它不僅能夠應(yīng)用于金屬、陶瓷、高聚物的測(cè)試，還能應(yīng)用于表面工程系統(tǒng)、粉末、復(fù)合材料、微系統(tǒng)器件等材料的力學(xué)性能評(píng)價(jià)。另外，壓痕技術(shù)由于具有壓入尺寸小、位置空間分辨率高、對(duì)試樣大小和形狀無(wú)特殊要求、不破壞試樣等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)成為生物及相關(guān)材料微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能檢測(cè)的有力工具，被廣泛應(yīng)用于植物細(xì)胞壁、骨骼、牙齒和頭發(fā)等的微結(jié)構(gòu)以及昆蟲的翅膀等組織的力學(xué)性能的研究。目前，大量有關(guān)測(cè)試原理和應(yīng)用的文章出現(xiàn)在各類專業(yè)期刊中。為了適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)壓痕力學(xué)行為測(cè)試技術(shù)的需要，作者在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下，開展了平頭壓痕測(cè)試技術(shù)、平頭壓痕測(cè)試儀器、平頭壓痕測(cè)試原理以及典型應(yīng)用等方面的研究，并將研究成果匯成本書?！　”緯卜譃?章。第1章介紹了壓痕測(cè)試技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用范圍和優(yōu)勢(shì)；第2章介紹了平頭壓痕的測(cè)量?jī)x器的開發(fā)和基本原理；第3-5章分別介紹了平頭壓痕測(cè)試技術(shù)測(cè)量材料的彈性模量、蠕變以及疲勞的測(cè)試原理；第6-8章分別介紹了平頭壓痕技術(shù)在涂層材料、晶體材料等領(lǐng)域中的典型應(yīng)用?！　∮捎趬汉蹨y(cè)試技術(shù)涉及學(xué)科較多，發(fā)展速度快，本書在取材和論述方面若存在不妥之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　本書共分為8章，第1章介紹了壓痕測(cè)試技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用范圍和優(yōu)勢(shì)：第2章介紹了平頭壓痕的測(cè)量?jī)x器的開發(fā)和基本原理；第3～5章分別介紹了平頭壓痕測(cè)試技術(shù)測(cè)量材料的彈性模量、蠕變以及疲勞的測(cè)試原理；第6～8章分別介紹了平頭壓痕技術(shù)在涂層材料、晶體材料等領(lǐng)域中的典型應(yīng)用?！　”緯晒└叩仍盒ＡW(xué)、材料、機(jī)械、生物、物理和化學(xué)等相關(guān)專業(yè)的研究生、高年級(jí)本科生和教師使用，也可供相關(guān)工程技術(shù)領(lǐng)域的研究人員參考。

書籍目錄

第1章 緒論　參考文獻(xiàn)第2章 平頭壓痕測(cè)試儀器開發(fā)　2.1 平頭壓痕蠕變測(cè)試儀器開發(fā)　　2.1.1 試驗(yàn)測(cè)試原理及夾具設(shè)計(jì)　　2.1.2 試驗(yàn)機(jī)的適用性討論　2.2 平頭壓痕疲勞測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)　　2.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)　　2.2.2 試驗(yàn)材料加工　　2.2.3 加載系統(tǒng)　2.3 影響壓痕測(cè)試的因素　　2.3.1 壓頭缺陷　　2.3.2 表面粗糙度　　2.3.3 殘余應(yīng)力　參考文獻(xiàn)第3章 平壓頭下材料彈塑性壓痕響應(yīng)　3.1 平頭壓痕法測(cè)量單相材料的約化楊氏模量　　3.1.1 純彈性壓痕　　3.1.2 彈塑性壓痕　3.2 壓痕法確定薄膜約化楊氏模量　　3.2.1 薄膜／基體系統(tǒng)在平壓頭下的應(yīng)力分析　　3.2.2 軟薄膜／硬基體下基體對(duì)壓痕規(guī)律的影響　　3.2.3 壓痕法測(cè)量薄膜約化楊氏模量　　3.2.4 影響薄膜約化楊氏模量測(cè)量值的因素　參考文獻(xiàn)第4章 平頭壓痕蠕變理論及應(yīng)用　4.1 單相材料系統(tǒng)　　4.1.1 壓痕蠕變?cè)囼?yàn)和單軸拉伸蠕變?cè)囼?yàn)的等效研究　　4.1.2 平頭壓痕試驗(yàn)結(jié)合有限元方法確定材料的蠕變參數(shù)　4.2 兩相材料系統(tǒng)　　4.2.1 顆粒（P）／基體（M）系統(tǒng)　　4.2.2 薄膜（TF）／基體（s）系統(tǒng)　4.3 壓痕法確定纖維復(fù)合材料界面影響區(qū)的蠕變特性　　4.3.1 模型與假設(shè)　　4.3.2 計(jì)算結(jié)果與分析　　4.3.3 反演法確定界面影響區(qū)的特性　參考文獻(xiàn)第5章 平頭壓痕疲勞測(cè)試技術(shù)　5.1 平頭壓痕疲勞測(cè)試原理　　5.1.1 彈性半無(wú)限大體壓痕疲勞問(wèn)題　　5.1.2 黏彈性半無(wú)限大體壓痕疲勞問(wèn)題　5.2 等幅疲勞載荷下的平頭壓痕疲勞　　5.2.1 引言　　5.2.2 壓痕疲勞試驗(yàn)結(jié)果　5.3 疲勞過(guò)載作用下的平頭壓痕疲勞　　5.3.1 壓痕疲勞過(guò)載試驗(yàn)　　5.3.2 壓痕試驗(yàn)結(jié)果　　5.3.3 微觀結(jié)構(gòu)演化　　5.3.4 壓痕功分析和討論　5.4 疲勞欠載作用下的壓痕疲勞　　5.4.1 壓痕疲勞欠載試驗(yàn)　　5.4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析　　5.4.3 微觀結(jié)構(gòu)演化　　5.4.4 討論　5.5 壓痕疲勞的有限元模擬　　5.5.1 本構(gòu)模型　　5.5.2 有限元模擬　　5.5.3 有限元結(jié)果分析　參考文獻(xiàn)第6章 鎳基單晶合金平頭壓痕試驗(yàn)研究　6.1 平頭壓痕法確定鎳基單晶合金蠕變參數(shù)　　6.1.1 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系　　6.1.2 蠕變本構(gòu)方程　　6.1.3 晶體取向的影響　　6.1.4 壓痕蠕變應(yīng)力的影響　　6.1.5 壓頭下方蠕變應(yīng)力特征　　6.1.6 晶體蠕變參數(shù)的影響　　6.1.7 確定晶體蠕變參數(shù)a和n　6.2 鎳基單晶合金壓痕蠕變形貌研究　　6.2.1 壓痕周圍Mises應(yīng)力特征　　6.2.2 壓痕周圍表面形貌特征　　6.2.3 表面應(yīng)力特征　　6.2.4 晶體取向的影響　　6.2.5 時(shí)間與載荷的影響　參考文獻(xiàn)第7章 平頭壓痕技術(shù)在熱障涂層材料性能測(cè)試方面的應(yīng)用　7.1 平頭壓痕技術(shù)測(cè)試熱障涂層彈性參數(shù)　　7.1.1 模型　　7.1.2 數(shù)值結(jié)果分析　　7.1.3 平頭壓痕試驗(yàn)確定TBC涂層中E1和E2的方法　7.2 平頭壓痕技術(shù)測(cè)試熱障涂層蠕變參數(shù)　　7.2.1 理論基礎(chǔ)　　7.2.2 模型描述　　7.2.3 有限元計(jì)算結(jié)果　　7.2.4 壓痕蠕變實(shí)驗(yàn)確定粘結(jié)層蠕變參數(shù)的方法　參考文獻(xiàn)第8章 平頭壓痕方法確定材料損傷及蠕變剩余壽命研究　8.1 平頭壓痕在剩余壽命預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用——有限元計(jì)算　　8.1.1 有限元模型　　8.1.2 有限元結(jié)果　8.2 平頭壓痕在剩余壽命預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用——試驗(yàn)驗(yàn)證　　8.2.1 平頭壓痕彈塑性試驗(yàn)確定硬鋁合金2A12的蠕變剩余壽命研究　　8.2.2 平頭壓痕蠕變?cè)囼?yàn)確定硬鋁合金2A12蠕變剩余壽命研究參考文獻(xiàn)索引詞符號(hào)列表

章節(jié)摘錄

　　壓頭的形狀最初有。Berkovick（三棱錐）和Vicker壓頭（四棱錐形），目前又發(fā)展了Cube Corener壓頭（立方角壓頭）、圓錐壓頭、球形壓頭、圓柱壓頭、環(huán)形壓頭和楔形壓頭等。不同形狀壓頭的應(yīng)用范圍也有所不同，如Berkovick壓頭主要用于硬度和模量等的測(cè)試，立方角壓頭主要用于斷裂韌度的研究，球形壓頭適合測(cè)量軟材料和模擬服役條件下的接觸損傷，平壓頭因其壓頭前方應(yīng)力場(chǎng)較為穩(wěn)定而適用于蠕變現(xiàn)象研究。本書研究的重點(diǎn)是針對(duì)不同的材料和材料／結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，試圖直接建立壓痕法和常規(guī)法之間的關(guān)系，即由壓痕法來(lái)確定不同材料和材料／結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的受壓材料的力學(xué)性能，并將其應(yīng)用于單相材料、受限單相材料、顆粒增強(qiáng)材料、薄膜材料／結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、纖維界面蠕變特性等幾個(gè)方面。最近，又將壓痕法推廣到材料的蠕變損傷規(guī)律的研究?！　∨c常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法相比，壓痕實(shí)驗(yàn)技術(shù)的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①所需實(shí)驗(yàn)材料的體積小，使得環(huán)境條件更易于控制，從而更加接近實(shí)際在役材料的工作環(huán)境，提高實(shí)驗(yàn)精度，另外還能夠在很大程度上降低實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。②對(duì)試件的形狀要求不嚴(yán)格，能夠測(cè)定一些特殊材料的性能，如生物材料，也有助于降低試件加工成本，縮短加工時(shí)間。③實(shí)驗(yàn)可以在一個(gè)試件上完成，有助于降低由于加工而帶來(lái)的時(shí)間與試件之間的差異，減小實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性，提高實(shí)驗(yàn)精度。④試件的材料可以從在役材料中直接得到，有助于減小試件與實(shí)際在役材料之間的差異。⑤所需實(shí)驗(yàn)時(shí)間較短，有助于縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高實(shí)驗(yàn)效率。⑥壓痕深度與材料硬度之間存在指數(shù)關(guān)系，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬度實(shí)驗(yàn)。⑦可以用于材料局部特性的測(cè)定，如裂紋尖端處應(yīng)力場(chǎng)的測(cè)定等。⑧實(shí)驗(yàn)裝置體積相對(duì)較小，有望實(shí)現(xiàn)材料的在役檢測(cè)?！　汉凼且粋€(gè)復(fù)雜的彈塑性過(guò)程，當(dāng)接觸載荷足夠小時(shí)，壓入附近局部區(qū)域?yàn)閺椥宰冃?，隨著載荷的增加，最大切應(yīng)力處達(dá)到屈服極限，塑性變形區(qū)在周圍的彈性材料內(nèi)擴(kuò)展，為彈塑性轉(zhuǎn)變階段。當(dāng)載荷進(jìn)一步增加時(shí)，塑性區(qū)達(dá)到材料表面，壓入變形進(jìn)入完全塑性階段。目前，對(duì)于壓痕過(guò)程的力學(xué)分析和模型的建立，主要集中于彈性階段，采用接觸力學(xué)的方法。而彈塑性階段的分析，由于其復(fù)雜性，缺乏相應(yīng)的解析解。對(duì)于壓痕蠕變、壓痕疲勞而言，由于需要考慮的因素更多，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析存在著更大的困難，在理論上還無(wú)法獲得其力學(xué)模型。因此，目前對(duì)壓痕方法的研究大體從兩個(gè)方面著手：壓痕實(shí)驗(yàn)和有限元計(jì)算?！　　?/pre>








圖書封面






評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載



還沒讀過(guò)(68)
勉強(qiáng)可看(498)
一般般(849)
內(nèi)容豐富(3524)
強(qiáng)力推薦(288)


 


    平頭壓痕測(cè)試技術(shù)及其應(yīng)用 PDF格式下載