王家梁
,
马德军
,
陈伟
,
黄勇
,
白盟亮
材料工程
doi:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.11.012
基于有限元数值分析模型对陶瓷材料维氏压入过程中产生的压痕形貌进行仿真.以Si3N4和ZrO2两种典型陶瓷材料为例,对其有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长和维氏硬度进行对比,结果表明,Si3N4和ZrO2的有限元仿真压痕与实验测量压痕对角线半长分别相差0.39％和-0.53％,维氏硬度分别相差-2.7％和4.2％.随着压头与材料间的摩擦因数由0变化至0.5,有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长分别相差0.28％和0.27％,维氏硬度分别相差0.14％和0.21％.此外,应用本方法对其他几种典型陶瓷材料(A12O3,ZTA,SiC,Silica)维氏压入有限元仿真计算值与实验真实测量值进行了对比,其压痕对角线半长分别相差1.14％,-0.57％,-0.89％,0.41％,维氏硬度分别相差-2.24％,1.12％,1.85％,-0.86％.据此可知,陶瓷材料维氏压痕形貌可由有限元数值仿真方法获得,从而解决了陶瓷材料维氏硬度测试过程中因压痕不够清晰导致的测量数据不准问题,为下一步探索基于仪器化压入响应识别陶瓷材料维氏硬度以及其他各力学性能参数提供技术基础.
关键词:
陶瓷材料
,
有限元仿真
,
压痕对角线半长
,
维氏硬度
,
摩擦因数
陈伟
,
马德军
,
王家梁
,
黄勇
机械工程材料
doi:10.11973/jxgccl201508010
对6061铝合金、S45C碳钢、SS316不锈钢、SS304不锈钢和黄铜五种金属材料进行了仪器化压入测试,采用纯能量法和Oliver-Pharr方法计算得到各材料的弹性模量,并与标准单轴拉伸试验结果进行了对比.结果表明:采用纯能量法得到的五种金属弹性模量与拉伸试验结果的相对误差分别为7.65％,3.99％,3.25％,-1.12％和16.47％,比Oliver-Pharr方法具有更高的测试精度,可满足金属材料弹性模量测试的工程应用要求.
关键词:
仪器化压入
,
弹性模量
,
测试精度
,
金属材料
郭俊宏
,
马德军
,
陈伟
,
宋仲康
表面技术
针对材料弹性模量仪器化压入识别的两种代表性方法——Ma方法和Oliver-Pharr方法,应用有限元数值模拟,分析了金刚石压头与具有典型加工硬化特性的金属类被测材料之间接触面摩擦系数对弹性模量识别精度的影响,分析结果表明:摩擦系数介于0～0.2范围时,采用两种方法,弹性模量识别精度对摩擦系数的变化较敏感;摩擦系数大于0.2之后,两种方法对摩擦系数变化的敏感性降低,弹性模量的识别精度趋于稳定.对两种方法的测试精度进行比较可以看出,Ma方法测试结果的精度和相对于摩擦系数变化的稳定性均好于OliverPharr方法,仪器化压入实验应使用Ma方法识别材料的弹性模量.两种铝合金材料的实验数据表明,将摩擦系数对测试结果的影响进行修正,可有效提高Oliver-Pharr方法弹性模量的识别精度.
关键词:
仪器化压入
,
弹性模量
,
金刚石压头
,
摩擦系数
