[发明专利]圆球形压入预测材料单轴应力-应变关系测定方法

摘要

本发明公开了一种圆球形压入预测材料单轴应力‑应变关系测定方法，采用硬质合金圆球形压头对光洁材料表面进行准静态压入加载，获得连续的载荷P‑深度h曲线后通过载荷‑深度曲线回归得到加载曲率C与加载指数m，经简单后期处理预测材料单轴应力‑应变关系。本发明克服了现有球形压入技术需多次加卸载或者需大量有限元计算等过程复杂，求解耗时费力等不足；可简便有效地实现材料单轴本构关系获取，由于测试效果良好且具有普适性，因而也可用于蠕变、冲击等加载条件进行材料本构关系和相关因素的力学效应分析。特别是对于微机电系统(MEMS)、生物医学工程、航空航天、核电以及高铁等先进工程领域广泛存在的小尺度构件或焊接结构的单轴力学性能参数识别具有重要意义。

主权项

1.圆球形压入预测材料单轴应力‑应变关系测定方法，采用硬质合金圆球形压头对平滑材料表面进行准静态压入加载，获得连续的载荷P‑深度h曲线后通过简单的数据处理即可预测材料单轴应力‑应变关系；其具体过程包含如下步骤：1)根据公式(1)，弹塑性材料圆球形压入载荷P‑深度h加载曲线满足如下关系P＝Chm  (1)式中C和m分别为载荷P‑深度h曲线的加载曲率和加载指数；2)根据1)所得结果：C、m代入下式可预测出被测材料或构件的本构关系参数σy和n；式中：C为加载曲率，m为加载指数，v*为特征能量密度且满足v*＝Enσy1‑n/(1+n)，E为已知的弹性模量，n为应变硬化指数，σy为名义屈服强度，D为圆球压头直径，α1、α2、α3与α4为无量纲的求解常数；3)由2)计算的σy和n结果代入式：得到被测材料的单轴应力‑应变关系。