本文選題：顆粒夾雜軟基體復(fù)合材料 + 納米壓痕測試��； 參考：《蘭州大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：納米壓入技術(shù)是一種測試各類材料微納觀力學(xué)性能的實驗方法。該方法在傳統(tǒng)的接觸理論和宏觀硬度的測試方法基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)代超精密器件的加工技術(shù),通過記錄壓痕過程中載荷和深度的數(shù)據(jù)變化關(guān)系,進而得到樣品的壓入硬度、彈性模量、蠕變和松弛等力學(xué)特性參數(shù)。該方法具有操作便捷、材料要求簡單等諸多優(yōu)點,因此被廣泛地應(yīng)用在眾多工程領(lǐng)域。近年來,雖然納米壓入技術(shù)在實驗方法、實驗原理、儀器分辨率等方面有了明顯的提高和進步,但對于生物材料、高分子聚合物材料、復(fù)合材料等復(fù)雜材料的微尺度力學(xué)性能測試與應(yīng)用還存在很多亟待解決的問題。本文首先采用納米壓入測試技術(shù),開展了顆粒夾雜軟基體復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)壓痕力學(xué)性能研究。其次,通過有限元軟件模擬材料的納米壓痕實驗過程,分析了顆粒分布、壓頭幾何尺寸、顆粒/基體模量對樣品力學(xué)性能的影響。具體的研究工作有以下幾個方面：1)以不同顆粒體積分?jǐn)?shù)的顆粒夾雜軟基體復(fù)合材料為實驗對象,對其進行準(zhǔn)靜態(tài)納米壓痕測試,并得到材料的彈性模量和載荷-位移曲線等力學(xué)特性。改變測試的加載時間和保載時間,設(shè)置不同的實驗方案,討論了粘彈性(時間相關(guān)性)特性對樣品準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)實驗的壓痕深度達到最大時,載荷-深度曲線出現(xiàn)負(fù)剛度現(xiàn)象。2)基于連續(xù)剛度測量法,開展了顆粒夾雜軟基體復(fù)合材料的動態(tài)納米壓痕測試,得到了樣品的復(fù)合模量,包括存儲模量、損耗模量或者損耗因子。針對不同的顆粒體積分?jǐn)?shù)、壓入深度、測試頻率、簡諧振幅等測試條件,分析并獲得了以上因素對樣品動態(tài)力學(xué)性能的影響規(guī)律。3)基于ABAQUS有限元分析軟件,建立了顆粒夾雜軟基體復(fù)合材料的納米壓痕接觸的計算模型并開展數(shù)值仿真。獲得了幾何尺寸(如顆粒分布和壓頭幾何尺寸)、物理參數(shù)(如顆粒、彈性基體的模量)對復(fù)合材料壓痕力學(xué)性能的影響與規(guī)律。
[Abstract]:Nanoindentation is an experimental method for testing the mechanical properties of various materials.This method is based on the traditional contact theory and macrohardness testing method, combined with the modern ultra-precision device processing technology, by recording the relationship between the load and the depth of the indentation process, the indentation hardness of the sample can be obtained by recording the relationship between the load and the depth of the indentation process.Mechanical properties such as modulus of elasticity, creep and relaxation.This method has many advantages, such as convenient operation, simple material requirement and so on, so it is widely used in many engineering fields.In recent years, although nanoindentation technology has made significant progress in experimental methods, experimental principles, instrument resolution, etc., but for biomaterials, polymer materials,There are still many problems to be solved in the measurement and application of micro-mechanical properties of complex materials such as composite materials.In this paper, the quasi-static and dynamic indentation mechanical properties of soft matrix composites with granular inclusions were studied by nano-indentation test technique.Secondly, the effects of particle distribution, die geometry and particle / matrix modulus on the mechanical properties of the samples were analyzed by simulating the experimental process of nano-indentation with finite element software.The specific research work includes the following aspects: (1) Quasi-static nano-indentation test was carried out on soft matrix composites with different particle volume fraction.The elastic modulus and load-displacement curve of the material are obtained.The influence of viscoelastic (time dependent) properties on the quasi-static mechanical properties of the samples was discussed by changing the loading time and holding time and setting different experimental schemes.The results show that when the indentation depth of the experiment reaches the maximum, the load-depth curve appears negative stiffness phenomenon. 2) based on the continuous stiffness measurement method, the dynamic nano-indentation test of the soft matrix composites with granular inclusions is carried out.The composite modulus of the sample, including storage modulus, loss modulus or loss factor, was obtained.According to different particle volume fraction, indentation depth, test frequency and simple resonance amplitude, the influence of the above factors on the dynamic mechanical properties of the sample is analyzed and obtained. 3) based on ABAQUS finite element analysis software,A numerical model of nano indentation contact of soft matrix composites with particle inclusions was established and numerical simulation was carried out.The effects of geometric dimensions (such as particle distribution and die size) and physical parameters (such as the modulus of particles and elastic matrix) on the indentation mechanical properties of composites were obtained.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33

【共引文獻】

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本文編號：1754093