[发明专利]一种采用球形压痕形貌识别金属材料塑性力学参数的方法

权利要求书

1.一种采用球形压痕形貌识别金属材料塑性力学参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待测试金属试样表面抛光处理，进行球形压痕实验；

获取残留在试件表面的压痕实验轮廓快照S^exp；

依据Hollomon硬化法则，建立材料塑性参数的设计空间，开展一系列球形压痕有限元仿真，建立压痕轮廓快照矩阵S_w；

基于正交分解算法，建立平均轮廓快照S和中心轮廓快照矩阵S，对中心轮廓快照矩阵S进行奇异值分解；

采用正交基矩阵中正交向量的线性表示来重构压痕轮廓快照S_i，建立压痕轮廓快照子空间坐标矩阵α；

基于二次多项式基函数，建立压痕轮廓快照子空间坐标矩阵α与Hollomon硬化法则参数之间的关联；

建立用于量化压痕实验轮廓快照与仿真轮廓快照之间的差异容许值g(c)，在给定材料参数区间范围内，材料性能参数c_i所对应容许值g(c_i)趋近于1时，则表明该材料参数组合接近于识别所得材料性能参数值；

依据差异容许值g(c)与Hollomon硬化法则参数c之间的关系，确定仿真轮廓与实验轮廓之间容许值在材料参数区间内的分布特征，进一步确定待识别金属材料的力学性能参数；

采用差异容许值g(c)来量化压痕实验轮廓快照子空间坐标α^exp与压痕轮廓快照子空间坐标向量α_i之间的差异，表示为：

其中，N为用于压痕仿真的材料参数组合的个数，α(c_i)表示对应于材料参数c_i的压痕轮廓快照S_i的子空间坐标，α^exp表示压痕实验轮廓快照S^exp的子空间坐标，||·||表示运算符2-范数，是压痕实验轮廓快照子空间坐标向量的平均值，e_N为单位对角矩阵。

2.根据权利要求1所述的采用球形压痕形貌识别金属材料塑性力学参数的方法，其特征在于，压痕轮廓快照表示为向量S_i，且S_i∈R^m；其中，为压痕轮廓的垂直位移序列值，R表示实数的集合，m表示压痕轮廓快照向量的维数。

3.根据权利要求1所述的采用球形压痕形貌识别金属材料塑性力学参数的方法，其特征在于，Hollomon硬化法则表示为：

其中，E为弹性模量；σ_y和n分别为屈服应力和硬化指数；σ为拉伸应力，ε为拉伸应变，ε_y为屈服应变。

4.根据权利要求1所述的采用球形压痕形貌识别金属材料塑性力学参数的方法，其特征在于，压痕轮廓快照矩阵S_w表示为：

S_w＝[S₁,S₂,...,S_N]

其中，S_w∈R^m×N，N为用于压痕仿真的材料参数组合的个数，m为压痕轮廓快照向量的维数。

5.根据权利要求4所述的采用球形压痕形貌识别金属材料塑性力学参数的方法，其特征在于，平均轮廓快照表示为：

中心轮廓快照矩阵S表示为：

6.根据权利要求1所述的采用球形压痕形貌识别金属材料塑性力学参数的方法，其特征在于，对中心轮廓快照矩阵S进行奇异值分解,表示为：

S＝UDV^T

其中，U为正交基矩阵，表示为U＝[U₁,U₂,...,U_N]，U₁,U₂,...,U_N分别为N个正交向量，D为对角矩阵，V为酉矩阵，V^T表示矩阵V的转置。