仪器化硬度测定受压结合面力学性能研究

发布时间：2017-08-21 14:19

  本文关键词：仪器化硬度测定受压结合面力学性能研究

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【摘要】：机械结合面普遍存在于各个机械零件中。结合面的存在对机械结构的整体特性影响很大,因此在现代工业生产中,探究找到一种准确评价结合面力学性能的方法,不仅是重要的学术技术问题,而且具有广阔紧迫的现实应用价值。传统的实验方法往往受到许多限制,无法精确测试材料的力学性能。近年来发展起来的仪器化压痕硬度实验法可以表征材料从纳米到微米深度的力学性能,而且具有方便、迅速、准确、直观、无损的优点,它可以广泛地应用在材料残余应力、硬度等性能的测量上。本文旨在运用循环压缩和剥层仪器化压痕硬度的实验方法,评价循环载荷前后带有粗糙度的结合面发生的塑性行为和变化,并分析45#钢受压前后加工应力层的变化和塑性变形区的产生,为工程应用提供理论及实验依据。本文研究了不同表面粗糙度的平面结合面在循环压缩载荷作用下的静态特性,并基于仪器化压痕法采用剥层方式研究了压缩前后结合面的最大痕深度hmax和塑性功Wp的变化,论文主要工作和成果为:(1)通过对不同粗糙度45#钢试样连接体进行弹性范围内的循环压缩,材料粗糙度减小,结合面上发生了塑性变形的行为。结合面模型的应力应变关呈非线性关系,且表面粗糙度等级越大,非线性程度越大。同时,结合面的连接体的刚度会随着结合面粗糙度的增加而减小。(2)通过剥层法测量压缩前后45#钢仪器化硬度得到了各层深载荷—位移曲线,并提取了曲线中最大压痕深度hmax。经过对压痕最大深度hmax的增量的分析,结论如下:循环载荷增大了结合面表层的压应力,且结合面的表面粗糙度越大,其压应力增量也越大。(3)根据对仪器化硬度试验中塑性功Wp沿层深的变化规律分析,得出结合面微凸体的接触会产生不均匀应力分布,使得结合面的粗糙表层下形成塑性区,且结合面的表面粗糙度越大,塑性变形区越大。
【关键词】：结合面 仪器化硬度 循环载荷 粗糙度
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 压痕法研究现状10-11
• 1.2.2 通过仪器化压痕实验评定材料力学性能的研究现状11
• 1.2.3 机械结合面的研究11-12
• 1.2.4 粗糙接触表面的研究12-15
• 1.3 研究内容15
• 1.4 研究思路15
• 1.5 论文的难点15-16
• 1.6 本文结构16-17
• 第2章 循环载荷对结合面的影响17-33
• 2.1 实验设计17-22
• 2.1.1 循环加载试验试样形式17-18
• 2.1.2 循环压缩研究方案18-19
• 2.1.3 粗糙度测量研究方案19-21
• 2.1.4 评价方法21-22
• 2.2 实验结果22-24
• 2.2.1 循环压缩曲线22-23
• 2.2.2 压缩前后表面粗糙度变化23-24
• 2.3 分析讨论24-31
• 2.3.1 循环压缩曲线分析24-25
• 2.3.2 连接体刚度的计算25-30
• 2.3.3 粗糙度变化规律30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 受压结合面加工应力层的变化33-51
• 3.1 仪器化压痕硬度实验设计33-39
• 3.1.1 赫兹接触理论简介33-36
• 3.1.2 载荷-位移曲线测量硬度的方法36-37
• 3.1.3 试样形式和参数37
• 3.1.4 实验方案设计及评价方法37-39
• 3.2 实验结果39-43
• 3.2.1 Ra=3.2 组最大压痕深度实验结果39-40
• 3.2.2 Ra=1.6 组最大压痕深度实验结果40-41
• 3.2.3 Ra=0.8 组最大压痕深度实验结果41-42
• 3.2.4 Ra=0.2 组最大压痕深度实验结果42-43
• 3.3 受压前后应力层分析43-48
• 3.3.1 压痕最大深度曲线43-46
• 3.3.2 压痕最大深度分布规律分析46-47
• 3.3.3 压痕最大深度增量 Δh47-48
• 3.4 本章小结48-51
• 第4章 受压结合面塑性变形区的分析51-63
• 4.1 塑性变形区评定方案51-53
• 4.1.1 压痕功法测量硬度原理51-52
• 4.1.2 评价方法52-53
• 4.2 实验结果53-57
• 4.2.1 Ra=3.2 组塑性功实验结果53-54
• 4.2.2 Ra=1.6 组塑性功实验结果54-55
• 4.2.3 Ra=0.8 组塑性功实验结果55-56
• 4.2.4 Ra=0.2 组塑性功实验结果56-57
• 4.3 受压前后塑性变形区分析57-61
• 4.3.1 压痕塑性功曲线57-60
• 4.3.2 压缩前后压痕塑性功分布规律分析60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间获得的学术成果69-71
• 致谢71

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