發(fā)布時間：2022-08-11 12:15

　　納米壓痕技術也稱深度敏感壓深技術,是一種先進的無損檢測技術,可以有效地在納米尺度下測量材料的力學性能,具有非常廣闊的應用前景。納米壓痕技術的主要原理是測試壓頭作用在微/納米尺度的小體積內,提取材料的力學響應,并根據獲得的材料加載和卸載響應曲線（載荷—位移曲線）來研究材料的力學性能。隨著數值技術的完善和提高,基于納米壓痕技術的反演測量法成為研究的熱點,該方法主要是通過反向分析載荷—位移曲線進而獲得材料更多的力學性能參數。本文首先系統地介紹了納米壓痕技術的基本原理,對其中涉及的實驗裝置、測試原理以及力學理論進行了分析。詳細說明了基于納米壓痕技術的反演測量方法,利用量綱分析法得出影響實驗結果的因素,并建立了MATLAB和ANSYS聯合反演的半封閉測量方法,為本文的研究提供了理論和實踐的基礎。其次,利用ANSYS建立彈塑性材料的壓痕實驗模型并在反演測量中引入壓痕輪廓信息。建立了球形、錐形壓頭的二維、三維幾何模型,并對納米壓痕實驗過程進行數值模擬,將數值模擬得到的數據與實驗數據進行對比,驗證了數值模型的有效性;分析了不同實驗因素對壓痕形貌周圍凸起和凹陷現象的影響,并對球形、錐形壓頭作用下壓痕形貌... 

【文章頁數】：77 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1.緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 納米壓痕技術研究現狀
        1.2.2 材料參數反演識別研究現狀
    1.3 本文主要研究內容
2.納米壓痕測試技術的基本原理及其反演方法
    2.1 納米壓痕測試系統
        2.1.1 納米壓痕實驗裝置的組成
        2.1.2 納米壓痕實驗常用壓頭介紹
    2.2 納米壓痕測試技術的基本原理
    2.3 量綱分析法
        2.3.1 量綱理論的基本概念
        2.3.2 納米壓痕問題的量綱分析
    2.4 有限元法
    2.5 本章小結
3.納米壓痕過程仿真分析及壓痕形貌的研究
    3.1 納米壓痕三維有限元仿真
        3.1.1 基本物理量單位的設置
        3.1.2 幾何模型的建立
        3.1.3 材料模型的建立
        3.1.4 有限元網格的劃分以及邊界條件的設定
        3.1.5 有限元載荷以及載荷步的設定
    3.2 二維仿真模型的建立
    3.3 納米壓痕有限元模型的驗證
        3.3.1 錐形壓頭的有限元模型驗證及其可行性分析
        3.3.2 球形壓頭的有限元模型驗證及其可行性分析
    3.4 材料壓痕形貌凸起和凹陷現象的影響因素分析
        3.4.1 不同加工硬化指數對壓痕形貌的影響
        3.4.2 不同壓入深度對壓痕形貌的影響
        3.4.3 不同yE? 對壓痕形貌的影響
        3.4.4 不同壓頭半徑對壓痕形貌的影響
    3.5 壓痕形貌產生凸起和凹陷現象的規(guī)律研究
    3.6 引入壓痕輪廓信息對反演結果精度的影響
    3.7 本章小結
4.反演分析法中優(yōu)化算法的研究
    4.1 傳統最優(yōu)化算法
        4.1.1 傳統最優(yōu)化算法的基本結構
        4.1.2 幾種最優(yōu)化算法介紹
    4.2 直接搜索法和智能算法
        4.2.1 遺傳算法
        4.2.2 復合形法
    4.3 優(yōu)化目標函數的確定及計算
    4.4 靈敏度系數的計算
    4.5 材料參數反演識別中單一優(yōu)化算法比較
    4.6 基于聯合優(yōu)化策略的材料力學參數反演識別
    4.7 本章小結
5.金屬材料的納米壓痕實驗及其本構關系的反演分析
    5.1純銅和純鎢的納米壓痕實驗
        5.1.1 實驗儀器
        5.1.2 實驗試樣的制備及實驗方案
        5.1.3 實驗數據分析及處理
    5.2 純銅材料的本構關系反演分析
        5.2.1 納米壓痕有限元模型
        5.2.2 純銅納米壓痕實驗結果
        5.2.3 材料參數反演識別結果及誤差分析
    5.3 本章小結
6.總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間主要研究成果



本文編號：3674644