[发明专利]基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法

说明书

本发明公开了基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法，包括：多次试验以获载荷‑位移曲线及接触刚度‑位移曲线数据，得多条压痕应力‑压痕应变曲线的平均值；确定应力约束因子与应变约束因子，先自定义两个线性硬化材料本构模型，再采用两个材料本构模型进行仿真，得两个模型不同压入深度的载荷‑位移曲线；然后利用压痕应力‑压痕应变关系式得一个压痕应力‑压痕应变组合；基于压痕应力‑压痕应变组合求得最终应变强化因子和应力强化因子，从而确定应变约束因子及应力约束因子；校正处理压痕应力‑压痕应变曲线，确定材料本构模型。它具有如下优点：得到的应力‑应变曲线不都依赖于表面加工质量，能够建立更高精度的脆性材料本构模型。

技术领域

本发明涉及分析仪器及其材料性能测试技术领域，尤其涉及一种基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法。

背景技术

随着精密、超精密加工技术的快速发展，材料在微纳尺度下的力学性能研究引起了人们广泛的关注，获得材料本构模型方法有以下几种：

1、“单轴压缩与拉伸试验”，它是传统获得最有效直接方法，但它只适用于宏观条件下研究。

2、“微柱压缩法”，能用于硬脆材料，硬脆材料在毫米尺度下的变形常表现出完全脆性，有研究表明，脆性材料在微纳尺度表现出可观的塑性行为，在磨削过程中，材料的变形尺度通常在微米尺度，但是“微柱压缩法”试验的结果离散程度较大，得到的应力-应变曲线严重依赖于微柱加工质量，且成本较高。

发明内容

本发明提供了基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法，其克服了背景技术中所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案：基于纳米压痕技术的材料本构预模型建立方法，包括：

(1)多次试验以获载荷-位移曲线及接触刚度-位移曲线数据，得多条压痕应力-压痕应变曲线的平均值；

(2)基于步骤(1)结果确定应力约束因子与应变约束因子，先自定义两个线性硬化材料本构模型，再采用两个材料本构模型进行仿真，得两个模型不同压入深度的载荷-位移曲线；然后利用压痕应力-压痕应变关系式得一个压痕应力-压痕应变组合；

(3)基于压痕应力-压痕应变组合求得最终应变强化因子和应力强化因子，从而确定应变约束因子及应力约束因子；

(4)基于应变约束因子及应力约束因子校正处理压痕应力-压痕应变曲线，确定材料本构模型。

一实施例之中：该步骤(2)压痕应力-压痕应变关系式包括：

式中：hc为接触深度；ht为压入深度；σi为单轴应变；S为接触刚度；χ为形状因子；P为接触应力；a为接触半径；εi为单轴应力。

一实施例之中：该步骤(3)的最终应变强化因子的计算式包括：

式中：ξ为应力约束因子；ζ为应变约束因子；σi为单轴应变。

一实施例之中：该步骤(3)的最终应力强化因子的计算式包括：

ξ(ε)＝3.624×10⁵ε⁵-1.075×10⁵ε⁴    (1.10)

式中：ξ为应力约束因子；ε为应变。