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《哈尔滨工业大学》 2007年
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残余应力对压痕实验中压力—压痕深度曲线的影响

马碧涛  
【摘要】: 有关残余应力的研究可以追溯到1841年,Neuman F E当年就发表了首篇定量研究残余应力的论文。然而,由于残余应力成因极其复杂,一直未找到成熟可靠的理论分析和计算方法。直到20世纪中期,微电子技术的发展和计算机的普遍应用,残余应力的测量技术才取得了突破性的进展。发展至今共形成数十种传统测量方法,概括起来大致可分为两大类,即具有一定损伤的机械释放测量法和非破坏性无损伤的物理测量法。有损检测法利用机械加工或其它加工方法将残余应力释放,然后测量应变的变化求出残余应力。它的优点是:测量精度高,缺点是:对构件损伤大;无损检测法利用材料物理性质的变化或晶体结构参数的变化测量残余应力。其中,压痕法是一种能无损地测量残余应力的新方法,借助于理论分析和有限元方法研究压痕法中有关测量参数,能方便、准确地获得构件中的残余应力。作为一种局部的非破坏的试验方法,压痕试验技术在材料力学性能的测定中已经得到了广泛的应用。它的优点是:对构件无损害或损害很小。由于残余应力会影响到材料的腐蚀、开裂、疲劳强度等力学性能,同时也会对材料的物理机械性能产生巨大影响,对结构的强度造成很大危害,历史上许多灾难性破坏事故大多是由结构中的残余应力引起,因此,研究和测量构件中的残余应力对生产和科学实验有着重要的现实意义。 本文是建立在微米级压痕实验的基础上,结合有限元仿真来分析材料的残余应力对压力-深度曲线影响。分别由压痕实验和有限元仿真得到压力-压痕深度曲线。所得到的压力-压痕深度曲线拟合的非常好。这证明用有限元模拟压痕实验的结果是非常可靠的;接着对表面存在不同应力状态的低碳钢试样进行压痕实验的有限元仿真,对比分析不同残余应力状态下的压力-压痕深度曲线。本文最后设计了单向加载装置,结合有限元仿真分析了单向残余应力对压力-压痕深度曲线的影响。 有限元仿真和实验结果表明,在微米尺度下用压痕法测量材料表面的残余应力是可行的。由于压痕法可以表征材料表面从几纳米到几百微米深度的力学性能,而且具有经济、方便、快捷等优点,所以用压痕法来测量微小体积材料表面的残余应力有着非常重要的应用价值。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB301

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