壓痕法測試金屬材料力學性能理論-在線瀏覽
2024-09-25 21:04本頁面
【正文】 p i l e m a x,這里 hpile是塑性擠出高度， hc是接觸深度， R是球的半徑。 當材料與壓頭接觸時，彈性變形能在卸荷后完全恢復。 應變與材料本身無關，與壓頭和材料的接觸角度有一定的關系。試驗過程中，所獲得的應力和應變能很好的符合在多點拉伸試驗的本構(gòu)方程，并通過該方程繪出真應力和真應變曲線。但是，奧氏體材料存在簡單的線性關系，如下式所示 。 載荷 深度曲線 接觸深度 真實應力、真實應變 本構(gòu)方程 應力 應變曲線 拉伸性能 開始 結(jié)束 應力應變曲線的繪制 確定材料的拉伸性能 ITITuITy n, , ???? ??? ?0 0 ???? yny ??nt e n s i l e ??載荷 深度曲線 接觸深度 真實應力、真實應變 本構(gòu)方程 應力 應變曲線 拉伸性能 開始 結(jié)束 從本構(gòu)方程來看，屈服強度是通過%的條件屈服強度和方程式的常數(shù) A之間的關系來確定的。 斷裂韌度 斷裂測試 裂紋擴展直到斷裂 壓頭 儀器壓痕測試 無裂紋無斷裂 壓痕法測試斷裂韌性 斷裂測試和儀器壓痕測試的聯(lián)系是什么 ? 以金屬為例 , 16 實際上，壓痕斷裂韌性主要是研究陶瓷材料，陶瓷材料在壓痕試驗中，在壓痕載荷下存在實際裂紋。 然而，在金屬的情況下，不發(fā)生在壓痕開裂。我們通過以下理論，確定斷裂試驗和壓痕測試試驗之間的關系 。通過分析相同約束條件，可以找出裂紋擴展時與壓痕試驗臨界斷裂點之間的聯(lián)系。這些結(jié)果表明，球形壓頭下材料與裂紋尖端處的應力集中現(xiàn)象是相似的。 壓痕法測試斷裂韌性 )1( 2???? EJK CJC相似的情況 ??JCK 21 我們比較了兩種方法每一步的應力場的變化情況。 在裂紋擴展的開始，裂紋首先發(fā)生鈍化現(xiàn)象，裂紋尖端處逐漸形成一個塑性區(qū)域。 最后，可以研究不穩(wěn)定裂紋在發(fā)生完全塑性變形時，裂紋的擴展能量與壓頭下材料發(fā)生完全塑形變形時壓痕能量，存在何種關系。在壓痕試驗中，等效的斷裂能量與裂紋擴展所需的能量存在一定的聯(lián)系。 下壓過程 材料的表面開始出現(xiàn)塑形區(qū)域 24 為了確定的臨界點，應該分析壓痕試驗的全過程，在壓痕試驗中，隨著載荷不斷增加，壓頭下逐漸形成一個塑性區(qū)域，塑性區(qū)域不斷增加直到該區(qū)域擴展到接觸表面。這時的壓痕能量等效斷裂所需的能量。 假設 材料在剛形成完全的塑形區(qū)域 = 形成的等效斷裂能量 dtdc??時間形成塑形區(qū)域的尺寸擴展率常數(shù)??? acdtdadtdc /擴展速率 。 因此，在材料達到完全塑性變形時， c/a塑形的擴展速率恒定不變 。在壓痕試驗過程中，不同的階段，分析材料的應力場是不同的。在表面形成塑性區(qū)域之前，運用赫茲彈性接觸理論來分析應力；隨著應力的不斷增加，塑性區(qū)域不斷增大，直到發(fā)生完全塑形變形，運用孔洞模型理論來分析應力。接觸區(qū)域的外應力可以用以下公式來表示。 因此，運用 vonmises‘準則，可以確定平均壓力與屈服強度成正比， C1是常數(shù)，取決于材料和壓頭的幾何形狀。 約翰遜的孔洞模型可以解釋塑性區(qū)域的內(nèi)應力分布情況。 在塑性區(qū)的邊界處，利用應力場方程可以計算 Pi，由于 Pm與 Pi沒有直接的聯(lián)系，因此很難通過 Pi計算出 Pm 。 Pi的變化（在剛開始形成塑性區(qū)域到該區(qū)域發(fā)生完全塑形變形）是可以通過以下方程求出。 總壓力是由材料的屈服強度乘以一個常數(shù)表示，由于材料的不同，等效斷裂能量所需的臨界壓力不盡相同。 臨界應變 ， h* 臨界條件 裂時的應變材料在拉伸過程中，斷 ?c?在斷裂應變時，材料吸收的應變能 = 抗張能量 通過單軸拉伸試驗可以測得材料斷裂時的應變。 假設 裂紋擴展時彈性能的釋放量等于裂紋尖端處的塑性功 . [Peel and Frosyth, 1973] 每 單 位面 積 所做的塑性功 Tp UrW ??? 2r : 塑性 區(qū) 域的半 徑 UT : 每 單 位體 積 所做的塑性功 ? ? JEKG ??? 22 1 ?每 單 位面 積彈 性能的 釋 放量 〓
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