预应力下纳米压痕仿真与试验研究

发布时间：2016-12-22 04:41

  本文关键词：基于可调式拉伸—弯曲预载荷的原位纳米压痕测试系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

《吉林大学》 2016年

预应力下纳米压痕仿真与试验研究

郝芯  

【摘要】：我们日常生活中所使用的物品都是由不同的材料制成的,这些物品受到外载荷的时候可能会发生变形、断裂等现象,若这些现象发生在建筑或者交通工具上,就会对我们的人身安全产生极大的威胁,而这些构件所受的力不一定是单一的载荷,所以研究材料在多载荷条件下的力学性能是非常必要的。现今社会,材料的测试技术正在飞快的发展,为了能够实现简洁、快速、多功能和自动化,力学性能测试出现了很多新的技术和方法,可以对一些新型的、特殊的、微小的材料以及材料在复杂的环境下(多种载荷、多种物理场)进行测试。本文主要以压痕测试技术为主,并利用拉伸模块和弯曲模块,进行预拉伸和预弯曲下的压痕试验。纳米压痕技术是现今较流行的的测试技术,可以测得材料的弹性模量、硬度等多种力学参数。通过阅读国内外大量文献,首先对国内外的材料力学性能试验机的发展史有了系统的了解,在此基础上本文对预载荷下的压痕试验进行了研究,在对力传感器、位移传感器、压电陶瓷等进行了标定、对试件进行了表面抛光处理使其表面达到了要求、对机架柔度校正的基础上,用标准试件进行压痕实验并与商业压痕仪的结果进行了对比,实验结果有良好的重复性。受机械测试装置的限制,在试验中得不到压痕形貌以及内部应力分布规律,所以本文还利用ABAQUS软件对其进行了仿真,建立了预拉伸条件下压痕模型、预弯曲条件下压痕模型以及温度场下的压痕模型。把拉伸程度和弯曲程度作为控制参数,设置材料的弹塑性参数,划分网格、设定了载荷和边界条件。首先进行了仿真与实验结果进行了对比,验证了仿真的可行性,然后对预拉伸、预弯曲、温度场条件下的压痕等行了仿真分析,观察应力云图分布规律,利用Oliver-Pharr法计算出硬度以及弹性模量变化规律。在选材方面,铝合金材料是当今用途较为广泛的材料之一,密度小、重量轻并且耐腐蚀,而在铝合金中强度最好的是7075Al,它具有良好的机械性能,耐磨性好,容易加工,是铝合金中最优良的产品,强度高于任何软钢。钛合金广泛用于航天航空、国防以及国民经济的重要领域,经过长期的试验和实践证明,钛以及钛合金不但可以替代钢、合金等金属材料,而且可以替代石墨、石岩等非金属材料,而TA2是工业中比较常用的纯钛,耐腐蚀性能好,综合性能适中。所以本文选用7075Al和TA2进行试验。

【关键词】：
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.5
【目录】：

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