[發明專利]一種反復加卸載球形壓頭壓入獲取材料單軸應力-應變關系的方法

在審

• 申請號: 201810960092.6
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109030259A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 王威強;張泰瑞;王尚
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N3/42
• 分類號: G01N3/42
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 薛玉麟

1.一種反復加卸載球形壓頭壓入獲取材料單軸應力-應變關系的方法，采用硬質材料球形壓頭，以N次準靜態反復加卸載方式，壓入被測材料光滑表面，獲取連續的壓入載荷P-壓入深度h曲線，其特征在于，在球形壓頭壓入試驗完成后測量殘余壓痕凹坑周邊的塑性區半徑r_p，然后用以下方法獲取材料單軸應力-應變關系，方法步驟如下：

[1]、計算材料的比例極限σ₀和比例應變極限ε₀，根據式(9)計算材料的比例極限σ₀和比例應變極限ε₀；

式中，E為被測試材料的楊氏模量，可以通過Pharr-Oliver的卸載斜率法得到；P_max為壓入試驗中的最大壓入載荷；r_p為殘余壓痕凹坑周邊的塑性區半徑；

[2]、擬合卸載斜率S⁽ⁱ⁾和殘余壓痕深度根據式(10)，對壓入載荷P-壓入深度h曲線的卸載曲線段進行擬合，得到第i次壓入循環的殘余壓痕深度和卸載斜率S⁽ⁱ⁾；

[3]、計算第i次壓入循環的壓痕回彈深度根據式(11)計算第i次壓入循環的壓痕回彈深度

式中，為第i次壓入循環的最大壓痕深度；

[4]、計算殘余凹坑曲率半徑根據式(12)計算殘余凹坑曲率半徑

式中，R為球形壓頭半徑；

[5]、計算第i次壓入循環中外力所做的彈性功W_e⁽ⁱ⁾和塑性功分別根據式(13)和式(14)計算第i次壓入循環中外力所做的彈性功W_e⁽ⁱ⁾和塑性功

式中，和分別代表第i次壓入循環加載和卸載時的壓入載荷-壓入深度曲線；

[6]、計算第i次壓入循環的等效應力根據式(15)計算第i次壓入循環的等效應力

式中，為第i次壓入循環的最大壓入載荷；為第i次壓入循環的殘余凹坑曲率半徑；a為接觸半徑，E_ind和v_ind分別為的球形壓頭材料楊氏模量和泊松比；

[7]、計算第i次壓入循環的等效應變增量根據式(16)計算第i次壓入循環的等效應變增量

式中，和分別為第i次和第i-1次壓入循環中外力所做的塑性功；和分別為第i次和第i-1次壓入循環的最大壓入載荷；和分別為第i次和第i-1次壓入循環的等效應力；

[8]、計算第i次壓入循環的等效應變根據式(17)計算第i次壓入循環的等效應變

式中，為第i-1次壓入循環的等效應變，為第i次壓入循環的等效應變增量；

[9]、按步驟1求取的比例極限σ₀-ε₀，按步驟6和步驟8分別求取的等效應力和等效應變即可繪制出與單軸力學性能試驗結果類似的應力σ-應變ε散點圖。