[发明专利]一种弹性模量测量方法及系统

说明书

本发明提供了一种弹性模量测量方法及系统，用于测量超弹性薄膜，所述弹性模量测量方法包括：以待测薄膜的圆心为中心，对所述待测薄膜开孔；根据所述待测薄膜的孔的半径选择压头；将所述待测薄膜固定在底座上，使所述压头与所述待测薄膜的中心对齐；控制所述压头下压所述待测薄膜，记录所述待测薄膜所能承受的最大压头载荷；基于所述最大压头载荷计算获得所述待测薄膜的弹性模量，可以通过待测薄膜所能承受的最大压头载荷计算待测薄膜的弹性模量。

技术领域

本发明涉及压痕试验技术领域，具体而言，涉及一种弹性模量测量方法及系统。

背景技术

对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变，弹性模量是指单向应力状态下，应力除以该方向的应变，是用于描述物质弹性的物理量。当被测物是薄膜材料时，由于其模量小、厚度薄以及高度非线性等特点，难以用传统方法进行表征，用来测试的样件也难以加工，如何精准、便捷地表征其弹性模量已经成为制约柔性电子、4D打印、燃料电池等高新技术发展的关键瓶颈，在上述高新技术发展的浪潮下，表征薄膜材料的弹性模量成为仿真优化设计的关键。

发明内容

本发明解决的问题是如何准确表征薄膜材料的弹性模量。

为解决上述问题，本发明提供一种弹性模量测量方法，用于测量超弹性薄膜，所述弹性模量测量方法包括：

以待测薄膜的圆心为中心，对所述待测薄膜开孔；根据所述待测薄膜的孔的半径选择压头；将所述待测薄膜固定在底座上，使所述压头与所述待测薄膜的中心对齐；控制所述压头下压所述待测薄膜，记录所述待测薄膜所能承受的最大压头载荷；基于所述最大压头载荷计算获得所述待测薄膜的弹性模量。

相对于现有技术，本发明通过对待测薄膜开孔，然后根据孔的半径选择合适的压头，然后下压压头，对固定在底座的待测薄膜进行压痕试验，通过压头与开孔之间相互配合，通过压头下压进而构造出一个最大承载力，记录最大承载力即可计算待测薄膜的弹性模量，无需记录压痕试验中的载荷-位移曲线，设备工装简单、原理简洁易行。

可选地，所述基于所述最大压头载荷计算获得所述待测薄膜的弹性模量包括：

通过所述待测薄膜的孔的半径、所述压头的半径、所述待测薄膜的厚度和所述最大压头载荷反演计算所述待测薄膜的弹性模量。

由此，根据测量到的最大压头载荷和已知的孔的半径、压头半径、薄膜厚度可以准确计算待测薄膜的弹性模量。

可选地，所述通过所述待测薄膜的孔的半径、所述压头的半径、所述待测薄膜的厚度和所述最大压头载荷反演计算所述待测薄膜的弹性模量包括：

其中，μ表示所述待测薄膜的弹性模量，F_m表示所述待测薄膜的最大压头载荷，R_I表示所述压头的半径，H₀表示所述待测薄膜的厚度，f_m(η)表示关于所述最大压头载荷和所述压头的半径的函数。

由此，保证仅需获取最大压头载荷即可计算待测薄膜的弹性模量。

可选地，所述通过所述待测薄膜的孔的半径、所述压头的半径、所述待测薄膜的厚度和所述最大压头载荷反演计算所述待测薄膜的弹性模量还包括：

f_m(η)通过如下公式计算：

f_m(η)＝8.27e^-4.82η，

其中，η表示所述待测薄膜的孔的半径和所述压头的半径的比值。

由此，可以通过公式获得同一材料下，待测薄膜可受到的最大压头载荷、压头半径、孔的半径之间的关系。

可选地，所述控制所述压头下压所述待测薄膜，记录所述待测薄膜所能承受的最大压头载荷包括：