基于显微硬度测试的陶瓷材料弹塑性性能及尺寸效应研究
发布时间：2021-10-13 12:50
随着科技的进步与发展,陶瓷材料在工程中的应用范围越来越广,由于陶瓷材料有硬度高脆性高的特性,难以对其进行塑性加工,无法利用传统的实验方法对其力学性能进行测试。显微硬度测试的操作简便,样品易制备,使用成本低廉,是测量陶瓷等硬脆材料基本力学性能的主要方法之一,但无法利用硬度实验直接测试材料的弹塑性性能,同时硬度测试时会产生尺寸效应,影响硬度测试的准确性。本文采用热压烧结工艺,分别在1600℃,1650℃和1700℃条件下烧结制备了Si2N2O-Si3N4超细晶陶瓷材料。采用不同的加载载荷对三种材料的硬度值进行了测量,并采用单轴压缩实验对其弹性模量进行了测试。结果表明:在三种烧结温度下,三种陶瓷材料的硬度和弹性模量呈现出随烧结温度的升高而降低的规律。随着硬度测试加载载荷的增加,测得的硬度值有减小的趋势,表现出明显的尺寸效应;通过研究发现裂纹的产生与扩展对压痕尺寸效应有很大影响。利用ABAQUS有限元软件对显微硬度的测试过程进行仿真模拟,通过反复修正对比实验结果与模拟结果,反推得到了三种陶瓷材料的应力应变关...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 硬度测试实验方法及其现状
1.2.1 显微硬度测试实验方法及现状
1.2.2 纳米硬度测试实验方法及其现状
1.3 显微硬度测试的基本原理
1.4 硬度测试仿真模拟研究现状
1.4.1 纳米硬度测试仿真模拟的研究现状
1.4.2 显微硬度测试仿真模拟的研究现状
1.4.3 基于显微硬度测试获得材料弹塑性性能的方法
1.5 显微硬度测试中的压痕尺寸效应
1.6 本课题的研究意义和内容
1.6.1 课题的研究意义
1.6.2 研究的主要内容
第2章 材料的制备和显微硬度测试
2.1 引言
2.2 实验材料的制备
2.3 显微硬度测试
2.3.1 实验设备
2.3.2 实验过程
2.4单轴压缩实验
2.4.1 实验设备
2.4.2 实验过程
2.5 实验结果分析
2.5.1 硬度对比分析
2.5.2 尺寸效应分析
2.6 本章小结
第3章 基于显微硬度的陶瓷材料弹塑性性能仿真模拟
3.1 引言
3.2 建立几何模型
3.3 材料属性和边界条件
3.4 拟合应力应变关系
3.5 仿真模拟结果分析
3.5.1 位移场分析
3.5.2 应变场分析
3.5.3 应力场分析
3.6 本章小结
第4章 基于显微硬度测试材料应力应变关系的理论推导
4.1 引言
4.2 应力应变关系的推导
4.3 显微硬度测试材料屈服应力的弹塑性面积分割原则
4.4 本章小结
第5章 压痕尺寸效应模型及有限元模拟验证
5.1 引言
5.2 压痕尺寸效应裂纹扩展模型
5.3 考虑裂纹扩展引发尺寸效应的有限元模拟
5.3.1 裂纹扩展引发尺寸效应对位移场的影响
5.3.2 裂纹扩展引发尺寸效应对应变场的影响
5.3.3 裂纹扩展引发尺寸效应对应力场的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于图像处理技术的维氏硬度检测方法的分析[J]. 高捷. 科技经济导刊. 2018(16)
[2]衍射光栅铝膜纳米压痕基底效应有限元模拟研究[J]. 张宝庆,王占鹏,张安坤,郑志涛,石广丰. 制造业自动化. 2017(08)
[3]浅析维氏硬度试验力的误差分析及检定校准[J]. 沈康华. 轻工标准与质量. 2017(04)
[4]基于纳米压痕和有限元模拟的激光熔覆316L不锈钢弹塑性能研究[J]. 董齐,黎宇航,关红,高士友. 塑性工程学报. 2017(02)
[5]结构材料维氏硬度与屈服应力的关系分析[J]. 薛河,庄泽城,曹婷,郭瑞,崔英浩,龚晓燕. 西安科技大学学报. 2017(02)
[6]基于CCD图像处理技术的维氏硬度检测[J]. 刘祥. 现代制造技术与装备. 2017(01)
[7]陶瓷材料维氏压痕形貌仿真与实验分析[J]. 王家梁,马德军,陈伟,黄勇,白盟亮. 材料工程. 2015(11)
[8]浅谈硬度计量[J]. 崔秀艳. 计量与测试技术. 2015(10)
[9]半自动维氏硬度测量系统三种压痕测量方法对结果的影响[J]. 孔繁伟,景修静,韩玉楠,贺慧超,李小红,刘凯. 中国石油和化工标准与质量. 2014(12)
[10]维氏和努氏显微硬度测量[J]. 樊东黎. 热处理. 2013(05)
博士论文
[1]纳米压入技术中基底和针尖效应的研究[D]. 张天林.中国科学技术大学 2008
[2]压痕硬度测试中的力学问题研究[D]. 刘美华.天津大学 2007
硕士论文
[1]Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料常温弹塑性性能研究[D]. 赵志勇.燕山大学 2013
[2]低负荷下陶瓷材料的压痕载荷与位移尺寸关系的研究[D]. 徐贝.清华大学 2012
[3]基于图像处理的维氏硬度测量系统的研究[D]. 臧琰.电子科技大学 2010
本文编号：3434701
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 硬度测试实验方法及其现状
1.2.1 显微硬度测试实验方法及现状
1.2.2 纳米硬度测试实验方法及其现状
1.3 显微硬度测试的基本原理
1.4 硬度测试仿真模拟研究现状
1.4.1 纳米硬度测试仿真模拟的研究现状
1.4.2 显微硬度测试仿真模拟的研究现状
1.4.3 基于显微硬度测试获得材料弹塑性性能的方法
1.5 显微硬度测试中的压痕尺寸效应
1.6 本课题的研究意义和内容
1.6.1 课题的研究意义
1.6.2 研究的主要内容
第2章 材料的制备和显微硬度测试
2.1 引言
2.2 实验材料的制备
2.3 显微硬度测试
2.3.1 实验设备
2.3.2 实验过程
2.4单轴压缩实验
2.4.1 实验设备
2.4.2 实验过程
2.5 实验结果分析
2.5.1 硬度对比分析
2.5.2 尺寸效应分析
2.6 本章小结
第3章 基于显微硬度的陶瓷材料弹塑性性能仿真模拟
3.1 引言
3.2 建立几何模型
3.3 材料属性和边界条件
3.4 拟合应力应变关系
3.5 仿真模拟结果分析
3.5.1 位移场分析
3.5.2 应变场分析
3.5.3 应力场分析
3.6 本章小结
第4章 基于显微硬度测试材料应力应变关系的理论推导
4.1 引言
4.2 应力应变关系的推导
4.3 显微硬度测试材料屈服应力的弹塑性面积分割原则
4.4 本章小结
第5章 压痕尺寸效应模型及有限元模拟验证
5.1 引言
5.2 压痕尺寸效应裂纹扩展模型
5.3 考虑裂纹扩展引发尺寸效应的有限元模拟
5.3.1 裂纹扩展引发尺寸效应对位移场的影响
5.3.2 裂纹扩展引发尺寸效应对应变场的影响
5.3.3 裂纹扩展引发尺寸效应对应力场的影响
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于图像处理技术的维氏硬度检测方法的分析[J]. 高捷. 科技经济导刊. 2018(16)
[2]衍射光栅铝膜纳米压痕基底效应有限元模拟研究[J]. 张宝庆,王占鹏,张安坤,郑志涛,石广丰. 制造业自动化. 2017(08)
[3]浅析维氏硬度试验力的误差分析及检定校准[J]. 沈康华. 轻工标准与质量. 2017(04)
[4]基于纳米压痕和有限元模拟的激光熔覆316L不锈钢弹塑性能研究[J]. 董齐,黎宇航,关红,高士友. 塑性工程学报. 2017(02)
[5]结构材料维氏硬度与屈服应力的关系分析[J]. 薛河,庄泽城,曹婷,郭瑞,崔英浩,龚晓燕. 西安科技大学学报. 2017(02)
[6]基于CCD图像处理技术的维氏硬度检测[J]. 刘祥. 现代制造技术与装备. 2017(01)
[7]陶瓷材料维氏压痕形貌仿真与实验分析[J]. 王家梁,马德军,陈伟,黄勇,白盟亮. 材料工程. 2015(11)
[8]浅谈硬度计量[J]. 崔秀艳. 计量与测试技术. 2015(10)
[9]半自动维氏硬度测量系统三种压痕测量方法对结果的影响[J]. 孔繁伟,景修静,韩玉楠,贺慧超,李小红,刘凯. 中国石油和化工标准与质量. 2014(12)
[10]维氏和努氏显微硬度测量[J]. 樊东黎. 热处理. 2013(05)
博士论文
[1]纳米压入技术中基底和针尖效应的研究[D]. 张天林.中国科学技术大学 2008
[2]压痕硬度测试中的力学问题研究[D]. 刘美华.天津大学 2007
硕士论文
[1]Si2N2O-Si3N4超细晶脆性陶瓷材料常温弹塑性性能研究[D]. 赵志勇.燕山大学 2013
[2]低负荷下陶瓷材料的压痕载荷与位移尺寸关系的研究[D]. 徐贝.清华大学 2012
[3]基于图像处理的维氏硬度测量系统的研究[D]. 臧琰.电子科技大学 2010
本文编号：3434701
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