[發明專利]利用納米壓痕法測試材料殘余應力三向應力方法及系統

有效

• 申請號: 202010667027.1
• 申請日: 2020-07-13
• 公開（公告）號: CN111649858B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 張玉財;蔣文春;涂善東;張顯程
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01L5/16
• 分類號: G01L5/16;G01N3/40;G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 馮靜

1.一種利用納米壓痕法測試材料殘余應力三向應力方法，其特征在于，包括：

對待檢測試樣進行納米壓痕測試，得到載荷和壓入深度的關系；

根據所述載荷和壓入深度的關系得到所述待檢測試樣材料的硬度和所述待檢測試樣的壓痕投影面積；

根據待檢測試樣材料的各項同性，采用有限元分析法，計算三向應力比例；

根據所述三向應力比例、所述待檢測試樣材料的硬度和所述待檢測試樣 的壓痕投影面積得到無應力狀態下的三向應力和拉應力狀態下的三向應力；所述根據所述三向應力比例，所述待檢測試樣材料的硬度和所述待檢測試樣 的壓痕投影面積得到無應力狀態下的三向應力和拉應力狀態下的三向應力，具體包括：

根據公式

和三向應力比例計算無應力狀態下的三向應力和拉應力狀態下的三向應力；

其中，P_C為壓應力狀態下的載荷，A_C為壓應力狀態下壓頭在垂直于軸向方向上的投影面積，H為待檢測試樣材料的硬度，σ_z為軸向應力，σ_x為平面X方向應力，σ_y為平面Y方向應力，α為壓痕過程中錐形壓頭與最初平面的角度。

2.根據權利要求1所述的利用納米壓痕法測試材料殘余應力三向應力方法，其特征在于，所述載荷和壓入深度的關系具體包括：

無應力狀態下，

其中，C₀為測試過程中無應力待檢測試樣的材料參數，h₀為納米壓痕測試過程中無應力試樣的壓痕深度；P₀為無應力狀態下的載荷；

拉應力狀態下，

其中，C_T為測試過程中拉應力待檢測試樣的材料參數，h_T為納米壓痕測試過程中拉應力試樣的壓痕深度；P_T為拉應力狀態下的載荷。

3.根據權利要求2所述的利用納米壓痕法測試材料殘余應力三向應力方法，其特征在于，所述根據所述載荷和壓入深度的關系得到所述待檢測試樣材料的硬度和所述待檢測試樣的壓痕投影面積包括：

根據所述載荷和壓入深度的關系得到壓痕投影面積；

根據所述壓痕投影面積和載荷得到待檢測試樣材料的硬度。

4.根據權利要求3所述的利用納米壓痕法測試材料殘余應力三向應力方法，其特征在于，所述根據所述載荷和壓入深度的關系得到壓痕投影面積，具體包括：

根據公式計算無應力狀態下壓痕投影面積；

根據公式計算拉應力狀態下壓痕投影面積；

其中，A₀為無應力待檢測試樣測試過程中壓頭在垂直于軸向方向上的投影面積，A_T為拉應力待檢測試樣測試過程中壓頭在垂直于軸向方向上的投影面積，D₀為測試過程中無應力待檢測試樣的材料常數，D_T為測試過程中拉應力待檢測試樣的材料常數。

5.根據權利要求4所述的利用納米壓痕法測試材料殘余應力三向應力方法，其特征在于，所述根據所述壓痕投影面積和載荷得到待檢測試樣材料的硬度，具體包括：

根據公式H₀＝P₀/A₀計算無應力狀態下待檢測試樣材料的硬度；

根據公式H_T＝P_T/A_T計算拉應力狀態下待檢測試樣材料的硬度；

其中，H₀為測試過程中無應力待檢測試樣材料的硬度，H_T為測試過程中拉應力待檢測試樣材料的硬度。

6.根據權利要求5所述的利用納米壓痕法測試材料殘余應力三向應力方法，其特征在于，所述測試過程中無應力待檢測試樣材料的硬度與所述測試過程中拉應力待檢測試樣材料的硬度相同。