[發明專利]一種金屬基復合材料基體的力學性能測試方法

在審

• 申請號: 202010883110.2
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112016229A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 石文超;汪吉賽;曹洪
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G16C60/00;G01N3/08;G06F119/14
• 代理公司: 合肥市澤信專利代理事務所(普通合伙) 34144
• 代理人: 方榮肖

本發明公開了一種金屬基復合材料基體的力學性能測試方法，其包括制樣、試驗、篩選、計算、擬合、結果。在待測復合材料的表面打出多個納米壓痕，對篩選出來的納米壓痕，輸出載荷?位移曲線以求出等效模量、參數曲率、剛度、最大壓入深度，根據無綱量函數進行特征應力、特征應變、應變強化指數和應力?應變關系的計算，得到應力?應變值，然后進行模擬并優化。將特征應力、特征應變和應變強化指數代入到彈塑性應力?應變模型公式中，得到待測復合材料的力學性能。本發明只需要一次檢測可以得到彈性模量、硬度、應力?應變曲線和彈塑性本構方程，與傳統的拉伸相比，維氏硬度測試相比，試樣表面無破壞，效率更高，測量更加全面。

技術領域

本發明涉及一種材料力學性能的測試方法，具體是一種金屬基復合材料基體的力學性能測試方法。

背景技術

力學性能是材料評價的一個重要的標準，也是進行加工和設計的依據。目前，對于力學性能的測量一般都是單軸拉伸試驗和維氏硬度試驗。單軸拉伸試驗，可以直接獲得材料的應力-應變曲線，但是獲得是金屬基復合材料整體的應力-應變曲線，無法測量出復合材料中基體的力學性能。維氏硬度試驗，對于復合材料的測量準確性低，對于試樣表面有一定的損壞。因此對于復合材料基體的力學性能的測量，使用傳統的測量方式不再適用。

納米壓痕技術測量通過納米壓痕儀器可以給出整個過程的加載、卸載曲線，提供了豐富和精確的數據，操作方便，制樣簡單，基本上對于樣品沒有損傷。納米壓痕技術在薄膜上的應用已經非常廣泛，在金屬復合材料中的應用還是比較少。

發明內容

為解決現有力學性能方法的缺陷，本發明提供一種金屬基復合材料基體的力學性能測試方法。

本發明采用以下技術方案實現：一種金屬基復合材料基體的力學性能測試方法，其包括以下步驟：

一、制樣；

提供待測復合材料；

二、試驗；

在所述待測復合材料的表面打出多個納米壓痕；

三、篩選；

根據預定好的納米深度范圍從所述多個納米壓痕中篩選符合條件的納米壓痕；

四、計算；

對篩選出來的納米壓痕，輸出載荷-位移曲線，使用所述載荷-位移曲線求出等效模量E^*、參數曲率C、剛度S、最大壓入深度h_m，根據無綱量函數進行特征應力σ_r、特征應變、應變強化指數和應力-應變關系的計算，得到應力-應變值；

五、擬合；

將所述應力-應變值進行模擬，如果模擬得到的載荷-位移曲線與實驗得到的載荷-位移曲線存在差別且差別超出預定好的差別范圍，則需要將特征應力與特征應變進行優化；

六、結果；

通過對特征應力、特征應變和應變強化指數不斷的迭代，確定了最終的特征應力、特征應變和應變強化指數，將特征應力、特征應變和應變強化指數代入到彈塑性應力-應變模型公式中，得到所述待測復合材料的力學性能。

作為上述方案的進一步改進，所述載荷-位移曲線是針對篩選出來的納米壓痕設計的，采用以下表達式：

其中，p為載荷，h為壓頭深度，h_r為殘余深度，W_p為加載功，W_t為卸載功，v為被測材料的泊松比，v_i為金剛石的泊松比，E為被測材料的彈性模量，E_i為金剛石的彈性模量。