[发明专利]一种材料弹性性能原位局部触压测量方法及测量系统

权利要求书

1.一种材料弹性性能原位局部触压测量方法，包括：

S1.对试样进行局部触压测试，其中，分别获取压头的材料和几何参数，所述压头对所述试样施加的压力，所述压头在所述试样上的压入深度，以及所述试样表面上与所述压头中心轴具有一定距离的观测位置点在形变过程沿平行于试样表面方向所产生的位置点移动距离；

S2.基于赫兹接触应力理论构建所述压力和所述压入深度之间的第一关系式；

S3.基于布西内斯克空间半无限弹性体在集中力作用下的位移计算理论构建所述位置点移动距离、所述压力和所述观测位置点与所述压头中心轴之间距离的第二关系式；

S4.基于所述第一关系式和所述第二关系式获取所述试样的试样材料泊松比；

S5.基于所述试样材料泊松比获取所述试样的试样材料弹性模量；

步骤S1中，对试样进行局部触压测试的步骤中，所述压头沿垂直于所述试样的表面的方向施压；

所述压头采用球形压头；

所述压头材料与几何参数包括：压头材料弹性模量，压头材料泊松比，以及压头外形尺寸；

步骤S2中，基于赫兹接触应力理论构建所述压力和所述压入深度之间的第一关系式的步骤中，所述第一关系式表示为：

，

，

，

其中，h表示压入深度，F表示压力，R表示所述压头的半径尺寸，μ₀表示压头材料泊松比，E₀表示压头材料弹性模量；

步骤S3中，基于布西内斯克空间半无限弹性体在集中力作用下的位移计算理论构建所述位置点移动距离、所述压力和所述观测位置点与所述压头中心轴之间距离的第二关系式的步骤中，所述第二关系式表示为：

，

其中，u表示在压头周围的试样表面上所确定的观测位置点沿平行于试样表面方向的位置点移动距离，F表示压力，μ表示试样材料泊松比，E表示试样材料弹性模量，S表示在所述试样表面上选定的观测位置点与所述压头中心轴之间距离；

步骤S4中，基于所述第一关系式和所述第二关系式获取所述试样的试样材料泊松比的步骤中，包括：

对所述第一关系式进行整合变形，获得第一表达式：

，

对所述第二关系式进行变形，获得第二表达式：

，

获取所述第一表达式与所述第二表达式的比值关系式：

，

基于所述比值关系式获取所述试样材料泊松比，其表示为：

；

步骤S5中，基于所述试样材料泊松比获取所述试样的试样材料弹性模量的步骤中，基于所述第一表达式并结合所述试样材料泊松比获取所述试样材料弹性模量，其表示为：

；

步骤S5中，基于所述试样材料泊松比获取所述试样的试样材料弹性模量的步骤中，基于所述第二关系式并结合所述试样材料泊松比获取所述试样材料弹性模量，其表示为：

。

2.根据权利要求1所述的材料弹性性能原位局部触压测量方法，其特征在于，步骤S1中，获取所述试样上与所述压头中心轴具有一定距离的观测位置点在形变过程所产生的位置点移动距离的步骤中，所述距离满足：R＜S＜2R，R为所述压头的压头半径。