表层残余应力及其层厚的压痕测试方法
发布时间：2021-10-31 08:32
经过机加工或表面改性的零件、增材制造零件、薄膜、涂层等零件表层都存在较高水平的残余应力。表层残余应力会显著影响零件的服役性能,例如疲劳寿命、脆性断裂、应力腐蚀和尺寸稳定性等。测试零件表层残余应力对改善制造工艺和研究零件服役性能具有十分重要的意义。目前测试残余应力的方法主要有X射线衍射法、磁噪声法、钻孔法等。压痕测试方法具有微损、微区测试、适用材料范围广等优点,广泛应用于表面力学性能测试。在理论研究和科研应用中已有许多压痕法测试残余应力的模型:Suresh模型、Lee模型、Carlsson模型、Lu模型等,这些模型均假设残余应力在整个模型中均匀分布。本文将考虑表层残余应力层厚的影响,建立表层残余应力及其层厚的测试方法。针对表层和基体材料性质相同的情况,提出均质材料表层残余应力压痕模型,通过有限元计算建立了表层残余应力及其层厚的测试方法。基于量纲分析,给出了相对加载曲率与材料参数和残余应力参数的无量纲函数。提出分段拟合方法,通过一次压入得到相对加载曲率和压入深度的特征曲线。利用标准化中心差分法,确定特征曲线的临界压入深度。当压入深度较浅时,均质材料表层残余应力模型可以退化到均匀残余应力模型...
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 选题意义
1.2 残余应力
1.2.1 残余应力的分类
1.2.2 残余应力的形成机理
1.2.3 残余应力的影响
1.3 残余应力测试技术现状
1.4 压痕法测试残余应力的研究现状
1.4.1 残余应力对压痕响应的影响
1.4.2 残余应力压痕测试方法的力学模型
1.4.3 现有主要模型比较
1.5 本文的主要工作
2 均质材料表层残余应力及其层厚的压痕测试方法
2.1 力学模型及量纲分析
2.1.1 力学模型介绍
2.1.2 量纲分析
2.2 有限元计算模型
2.2.1 有限元模型介绍
2.2.2 网格收敛性分析
2.2.3 残余应力的施加
2.2.4 残余应力层厚和最大压入深度的设置
2.3 有限元计算结果
2.4 残余应力及其层厚的测试方法
2.4.1 浅压入深度时退化到均匀残余应力模型：计算残余应力
2.4.2 利用临界压入深度计算残余应力层厚
2.4.3 残余应力及其层厚测试方法使用流程
2.5 本章小结
3 薄膜/基体材料薄膜残余应力及膜厚的压痕测试方法
3.1 力学模型及量纲分析
3.1.1 力学模型介绍
3.1.2 量纲分析
3.2 有限元计算
3.2.1 有限元模型介绍
3.2.2 有限元计算结果
3.3 薄膜残余应力及膜厚的测试方法
3.3.1 浅压入深度时计算薄膜残余应力
3.3.2 利用临界压入深度计算薄膜厚度
3.3.3 薄膜残余应力及膜厚测试方法使用流程
3.4 本章小结
4 结束语
4.1 结论
4.2 展望
参考文献
附录
附录A：薄膜/基体材料模型无应力参照组的选取
附录B：均质材料模型残余应力及层厚计算数据
附录C：薄膜/基体材料模型残余应力及膜厚计算数据
个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光沉积薄膜的残余应力测量[J]. 董恺琛,娄帅,姚杰,吴军桥,尤政. 光学精密工程. 2018(01)
[2]渗碳M50NiL钢磨削表面完整性特征及疲劳失效机理[J]. 娄艳芝,李春志,李旭东,谢孝昌,赵振业. 航空材料学报. 2017(06)
[3]后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响[J]. 吴政协,马泳涛,龚军振,赵乐川. 表面技术. 2017(09)
[4]机加工表面残余应力及其疲劳寿命评价的研究进展[J]. 何少杰,杨文玉,郭步鹏,周瑞虎. 表面技术. 2015(06)
[5]齿轮的表面完整性与抗疲劳制造技术的发展趋势[J]. 高玉魁,赵振业. 金属热处理. 2014(04)
[6]曲率测量技术在微机电系统薄膜残余应力测量中的应用[J]. 虞益挺,苑伟政,乔大勇. 机械工程学报. 2007(03)
[7]激光熔覆金属陶瓷涂层开裂的机理及防止措施[J]. 赵亚凡,陈传忠. 激光技术. 2006(01)
[8]微机械薄膜残余应力研究[J]. 虞益挺,苑伟政,乔大勇. 微细加工技术. 2005(02)
博士论文
[1]基于纳米压痕技术的涂层残余应力研究[D]. 朱丽娜.中国地质大学（北京） 2013
硕士论文
[1]Al-Zn-Mg-Cu合金厚板淬火残余应力消除方法的研究[D]. 孙轶山.湖南大学 2016
[2]等离子喷涂8YSZ热障涂层力学性能与断裂行为研究[D]. 王腾.福州大学 2016
[3]用纳米压痕法表征电沉积镍镀层薄膜的残余应力[D]. 章莎.湘潭大学 2006
本文编号：3467806
【文章来源】：郑州大学河南省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
1.1 选题意义
1.2 残余应力
1.2.1 残余应力的分类
1.2.2 残余应力的形成机理
1.2.3 残余应力的影响
1.3 残余应力测试技术现状
1.4 压痕法测试残余应力的研究现状
1.4.1 残余应力对压痕响应的影响
1.4.2 残余应力压痕测试方法的力学模型
1.4.3 现有主要模型比较
1.5 本文的主要工作
2 均质材料表层残余应力及其层厚的压痕测试方法
2.1 力学模型及量纲分析
2.1.1 力学模型介绍
2.1.2 量纲分析
2.2 有限元计算模型
2.2.1 有限元模型介绍
2.2.2 网格收敛性分析
2.2.3 残余应力的施加
2.2.4 残余应力层厚和最大压入深度的设置
2.3 有限元计算结果
2.4 残余应力及其层厚的测试方法
2.4.1 浅压入深度时退化到均匀残余应力模型：计算残余应力
2.4.2 利用临界压入深度计算残余应力层厚
2.4.3 残余应力及其层厚测试方法使用流程
2.5 本章小结
3 薄膜/基体材料薄膜残余应力及膜厚的压痕测试方法
3.1 力学模型及量纲分析
3.1.1 力学模型介绍
3.1.2 量纲分析
3.2 有限元计算
3.2.1 有限元模型介绍
3.2.2 有限元计算结果
3.3 薄膜残余应力及膜厚的测试方法
3.3.1 浅压入深度时计算薄膜残余应力
3.3.2 利用临界压入深度计算薄膜厚度
3.3.3 薄膜残余应力及膜厚测试方法使用流程
3.4 本章小结
4 结束语
4.1 结论
4.2 展望
参考文献
附录
附录A：薄膜/基体材料模型无应力参照组的选取
附录B：均质材料模型残余应力及层厚计算数据
附录C：薄膜/基体材料模型残余应力及膜厚计算数据
个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲激光沉积薄膜的残余应力测量[J]. 董恺琛,娄帅,姚杰,吴军桥,尤政. 光学精密工程. 2018(01)
[2]渗碳M50NiL钢磨削表面完整性特征及疲劳失效机理[J]. 娄艳芝,李春志,李旭东,谢孝昌,赵振业. 航空材料学报. 2017(06)
[3]后混合水射流喷丸工艺对18CrNiMo7-6渗碳钢表面性能的影响[J]. 吴政协,马泳涛,龚军振,赵乐川. 表面技术. 2017(09)
[4]机加工表面残余应力及其疲劳寿命评价的研究进展[J]. 何少杰,杨文玉,郭步鹏,周瑞虎. 表面技术. 2015(06)
[5]齿轮的表面完整性与抗疲劳制造技术的发展趋势[J]. 高玉魁,赵振业. 金属热处理. 2014(04)
[6]曲率测量技术在微机电系统薄膜残余应力测量中的应用[J]. 虞益挺,苑伟政,乔大勇. 机械工程学报. 2007(03)
[7]激光熔覆金属陶瓷涂层开裂的机理及防止措施[J]. 赵亚凡,陈传忠. 激光技术. 2006(01)
[8]微机械薄膜残余应力研究[J]. 虞益挺,苑伟政,乔大勇. 微细加工技术. 2005(02)
博士论文
[1]基于纳米压痕技术的涂层残余应力研究[D]. 朱丽娜.中国地质大学（北京） 2013
硕士论文
[1]Al-Zn-Mg-Cu合金厚板淬火残余应力消除方法的研究[D]. 孙轶山.湖南大学 2016
[2]等离子喷涂8YSZ热障涂层力学性能与断裂行为研究[D]. 王腾.福州大学 2016
[3]用纳米压痕法表征电沉积镍镀层薄膜的残余应力[D]. 章莎.湘潭大学 2006
本文编号：3467806
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