收藏本站
《西安理工大学》 2019年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于纳米压痕技术的弹塑性材料本构关系反演测量方法研究

闫鹏  
【摘要】:纳米压痕技术也称深度敏感压深技术,是一种先进的无损检测技术,可以有效地在纳米尺度下测量材料的力学性能,具有非常广阔的应用前景。纳米压痕技术的主要原理是测试压头作用在微/纳米尺度的小体积内,提取材料的力学响应,并根据获得的材料加载和卸载响应曲线(载荷—位移曲线)来研究材料的力学性能。随着数值技术的完善和提高,基于纳米压痕技术的反演测量法成为研究的热点,该方法主要是通过反向分析载荷—位移曲线进而获得材料更多的力学性能参数。本文首先系统地介绍了纳米压痕技术的基本原理,对其中涉及的实验装置、测试原理以及力学理论进行了分析。详细说明了基于纳米压痕技术的反演测量方法,利用量纲分析法得出影响实验结果的因素,并建立了MATLAB和ANSYS联合反演的半封闭测量方法,为本文的研究提供了理论和实践的基础。其次,利用ANSYS建立弹塑性材料的压痕实验模型并在反演测量中引入压痕轮廓信息。建立了球形、锥形压头的二维、三维几何模型,并对纳米压痕实验过程进行数值模拟,将数值模拟得到的数据与实验数据进行对比,验证了数值模型的有效性;分析了不同实验因素对压痕形貌周围凸起和凹陷现象的影响,并对球形、锥形压头作用下压痕形貌周围凸起和凹陷现象发生的规律进行分析;针对基于纳米压痕技术反演测量材料本构关系结果不准确、不唯一的问题,本文提出引入压痕轮廓信息来提高材料本构关系测量精度,通过实例证明引入压痕轮廓信息确实可以提高材料本构关系反演测量的准确性和唯一性。再次,提出多算法联合优化策略。对常用优化方法的原理进行介绍,并将各优化方法应用在纳米压痕反演识别的计算中。实验发现,优化反演分析过程中对目标函数的求解需要利用优化算法进行大量的迭代计算,单一的优化算法由于自身的缺陷通常陷入局部解或是求解时间长,导致计算结果不对或是计算效率低。为了解决上述问题,本文提出多种优化算法联合的优化策略,综合利用各优化算法的特点,提高反演计算的效率和精度。通过实例证明了本文所提出的多算法联合优化策略在材料参数反演测量中可以显著提高测量结果的精度和效率,对工程中类似的反演分析问题具有一定的借鉴意义。最后,以纯铜和纯钨为试样,通过纳米压痕设备获得载荷—位移曲线和三维压痕形貌等实验数据。对应地在反演分析法中引入压痕轮廓信息并应用联合优化策略对纯铜的材料参数进行反演识别,结果表明本文所建立的基于压痕实验的弹塑性材料本构反演分析法能高效、准确地对试样的非线性材料模型参数进行反演识别。
【学位授予单位】:西安理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TB301

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张灿;戴如春;;纳米压痕技术在骨组织微纳观结构研究中的应用[J];中国医学物理学杂志;2011年06期
2 孔庆合;;“牙齿的纳米压痕技术综述”的修正说明[J];实验力学;2006年02期
3 张璇;刘娟红;;纳米压痕技术在水泥基材料中的研究进展[J];电子显微学报;2015年06期
4 高鹏,陶敏中,袁哲俊,姚英学;纳米压痕技术及其应用[J];中国机械工程;1996年05期
5 姚泽恒;董夏鑫;龚明辉;杨军;;沥青混合料纳米压痕技术研究方法综述[J];石油沥青;2015年06期
6 杨春宝;雷伟;吴子祥;;纳米压痕技术在骨质疏松诊治中的研究进展[J];中国骨质疏松杂志;2011年02期
7 朱瑛,姚英学,周亮;纳米压痕技术及其试验研究[J];工具技术;2004年08期
8 赵庆新;孙伟;陈惠苏;郑克仁;金祖权;;应用纳米压痕技术测试水泥粒子的弹性模量[J];武汉理工大学学报;2006年08期
9 吴燕;周定国;王思群;张洋;;纳米压痕技术在木材科学中的应用[J];世界林业研究;2007年03期
10 陈希楠;黄慧;;纳米压痕技术在牙体硬组织机械性能研究中的应用[J];临床口腔医学杂志;2010年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王月敏;闫相桥;李垚;;基于纳米压痕技术的金属应力应变关系反分析[A];中国力学大会-2015论文摘要集[C];2015年
2 周浩;裴永茂;李法新;方岱宁;;“力-电-磁”多场耦合微纳米压痕技术与实验研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年
3 卢立晗;杜家政;刘志远;杨忠军;;纳米压痕技术测定铝合金焊缝弹性模量[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年
4 杨四辉;郭海丁;刘小刚;;一种基于纳米压痕技术的材料弹塑性性能反推方法[A];第11届中国CAE工程分析技术年会会议论文集[C];2015年
5 李华一;李国禄;王海斗;徐滨士;;纳米压痕技术在涂层性能检测中的应用[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集(二)[C];2010年
6 杨宇;汤文成;;牙周膜弹性模量纳米压痕方法研究[A];第七届全国机械工程博士论坛论文集[C];2015年
7 魏亚;;纳米压痕技术测试水泥基材料微观性能[A];TEIM2015第六届无机材料结构、性能及测试表征技术研讨会程序册与摘要集[C];2015年
8 谢存毅;;纳米压痕技术的测量原理及其在材料科学中的应用[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
9 张俊宝;史弼;杨晓萍;王秀芳;宋洪伟;;GCr15钢微观组织力学表征[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 郎风超;邢永明;侯睿;;316L不锈钢表面纳米结构的力学性能研究[A];第十二届全国实验力学学术会议论文摘要集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 黄亚敏;基于电子背散射衍射和纳米压痕技术的奥氏体不锈钢微结构与性能关系研究[D];武汉大学;2010年
2 余雁;人工林杉木管胞的纵向力学性质及其主要影响因子研究[D];中国林业科学研究院;2003年
3 李宇晟;后交叉韧带断裂对前交叉韧带影响的生物力学和组织学研究[D];中南大学;2011年
4 张双燕;化学成分对木材细胞壁力学性能影响的研究[D];中国林业科学研究院;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 闫鹏;基于纳米压痕技术的弹塑性材料本构关系反演测量方法研究[D];西安理工大学;2019年
2 肖福生;酚醛树脂微胶囊的力学性能及其在自修复混凝土中的应用研究[D];深圳大学;2016年
3 高翔;纳米压痕技术研究水泥基材料基本性能[D];交通部公路科学研究院;2014年
4 刘扬;基于纳米压痕技术和有限元仿真的材料塑性性能分析[D];武汉理工大学;2003年
5 洪磊;基于纳米压痕技术与有限元法的粘弹性材料力学特性研究[D];安徽大学;2011年
6 郎风超;应用纳米压痕技术研究表面纳米结构力学性能[D];内蒙古工业大学;2007年
7 康宏文;微/纳尺度接触力学行为有限元分析研究[D];昆明理工大学;2013年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026