【摘要】：科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展不斷促使著各種新型材料的誕生,通過(guò)拉壓、扭轉(zhuǎn)等傳統(tǒng)測(cè)試手段表征材料的力學(xué)性能已經(jīng)不適用于某些特定的新型材料/結(jié)構(gòu),如微納制造領(lǐng)域中的薄膜涂層、微小焊點(diǎn)等。納米壓入法通過(guò)對(duì)材料的表面微區(qū)進(jìn)行局部原位壓入測(cè)試可以獲得材料的相關(guān)力學(xué)性能參數(shù),其具有較強(qiáng)的通用性,但目前納米壓入法在表征工程材料的力學(xué)性能方面存在著準(zhǔn)確性及有效性問(wèn)題,相關(guān)分析手段仍需進(jìn)一步完善。本文以無(wú)鉛焊料合金(SnAg3.5)為研究對(duì)象,給出了基于納米壓入法,有效表征金屬?gòu)椝苄粤W(xué)參數(shù)及應(yīng)變率敏感性的方法,主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:通過(guò)納米壓入法結(jié)合有限元數(shù)值模擬提取無(wú)鉛焊料的彈塑性力學(xué)參數(shù)。采用一種圓柱形壓頭和兩種錐角壓頭對(duì)無(wú)鉛焊料進(jìn)行納米壓入測(cè)試,利用柱形壓頭測(cè)試獲得焊料合金的模量值�；趹�(yīng)變梯度塑性理論對(duì)兩種錐角壓頭的測(cè)試結(jié)果予以修正并通過(guò)反演分析得到相應(yīng)的特征應(yīng)力和特征應(yīng)變值,經(jīng)求解方程組得到焊料合金的初始屈服應(yīng)力與應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù),進(jìn)而得到無(wú)鉛焊料的冪強(qiáng)化彈塑性本構(gòu)關(guān)系并給出了納米壓入法表征金屬材料彈塑性力學(xué)參數(shù)的有效方法�；诩{米壓入法研究了無(wú)鉛焊料的應(yīng)變率敏感性。在四種不同的壓入應(yīng)變率((?)/P)0.005s~(-1)、0.01s~(-1)、0.05s~(-1)和0.1s~(-1)下結(jié)合連續(xù)剛度測(cè)試法對(duì)焊料合金進(jìn)行納米壓入測(cè)試,通過(guò)計(jì)算求得不同壓深區(qū)段的應(yīng)變率敏感指數(shù)m;基于應(yīng)變梯度塑性理論剔除四種壓入應(yīng)變率加載過(guò)程中所受壓入尺度效應(yīng)的影響,經(jīng)計(jì)算得到不受壓入尺度效應(yīng)影響的應(yīng)變率敏感指數(shù)m_0,將其與未剔除尺度效應(yīng)影響不同壓深區(qū)段的應(yīng)變率敏感指數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明剔除壓入尺度效應(yīng)后的應(yīng)變率敏感指數(shù)值較大,同時(shí)隨著壓入深度的增加,應(yīng)變率敏感指數(shù)不斷增大,表明了分析其壓入應(yīng)變率敏感性時(shí)剔除壓入尺度效應(yīng)的必要性。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：O341
【圖文】：

以降低其表面的復(fù)雜性，從而提高測(cè)試精度。 納米壓入測(cè)試原理納米壓入法通過(guò)特定形狀、尺寸的壓頭對(duì)被測(cè)材料某一局部區(qū)域進(jìn)行原位壓試，材料在受壓過(guò)程中表現(xiàn)出諸多的力學(xué)特征，提取加載載荷與壓入深度的曲線以及壓痕形貌等信息進(jìn)行計(jì)算分析，以獲得材料硬度、模量等力學(xué)參數(shù)材料力學(xué)性能的研究中，硬度這個(gè)綜合力學(xué)性能參數(shù)一般是用來(lái)描述材料性首選指標(biāo)[4]。將特定形狀、尺寸且具有接近剛體屬性的物體壓入或劃入被測(cè)中，獲得硬度值與納米壓入法獲取材料力學(xué)性能的方法類(lèi)似。但在微尺度測(cè)，由于納米壓入的最大深度處于微納米級(jí)，使得需要控制的加載載荷值特別常以 mN 為單位，因此要求納米壓入測(cè)試儀具有很高的位移分別率和高精度荷控制系統(tǒng)。

太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，位移仍會(huì)繼續(xù)增大；保載結(jié)束后，對(duì)其進(jìn)行卸，所以被測(cè)材料的彈性模量一般通過(guò)卸載曲線來(lái)可恢復(fù)的塑性變形試樣表面會(huì)出現(xiàn)壓痕。此時(shí)壓痕殘余深度f(wàn)h 。如圖 1-2,1-3 所示，為納米壓入法測(cè)加載過(guò)程中圓錐壓頭壓入剖面的示意圖，通常試樣似。

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