基于壓痕技術(shù)和有限元仿真的材料表面殘余應(yīng)力測(cè)量.pdf

1、殘余應(yīng)力的測(cè)量技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，殘余應(yīng)力的測(cè)量技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。發(fā)展至今共形成數(shù)十種測(cè)量方法，可分為機(jī)械釋放測(cè)量法和無(wú)損傷測(cè)量法兩大類。機(jī)械釋放測(cè)量法是將具有殘余應(yīng)力的部件從構(gòu)件中分離或切割出來(lái)使應(yīng)力釋放，然后測(cè)量應(yīng)變的變化求出殘余應(yīng)力。它的優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高，缺點(diǎn)是：對(duì)構(gòu)件損傷大；無(wú)損傷測(cè)量法分為：X射線衍射法、中子衍射法、磁性法、超聲波法、電子散斑干涉法、金屬磁記憶法。它的優(yōu)點(diǎn)是

2、：對(duì)構(gòu)件無(wú)損害，缺點(diǎn)是：成本較高。由于殘余應(yīng)力會(huì)影響到材料的腐蝕、開(kāi)裂、疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能，同時(shí)也會(huì)對(duì)材料的物理機(jī)械性能產(chǎn)生巨大影響，對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度造成很大危害，歷史上許多災(zāi)難性破壞事故大多是由結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力引起，因此，研究和測(cè)量構(gòu)件中的殘余應(yīng)力對(duì)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　近些年，隨著表面工程技術(shù)和微電子機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的測(cè)量方法幾乎不能滿足在微米和納米尺度下的檢測(cè)需要。本文是建立在微米級(jí)壓痕實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合有

3、限元仿真來(lái)分析和測(cè)量材料表面的殘余應(yīng)力。首先由壓痕實(shí)驗(yàn)得到了載荷－位移曲線，然后對(duì)壓痕實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有限元仿真，計(jì)算結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)和仿真所得到的載荷－位移曲線基本一致。這證明用有限元模擬壓痕實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是非?？煽康模唤又鴮?duì)表面存在不同殘余應(yīng)力狀態(tài)的低碳鋼試樣進(jìn)行壓痕實(shí)驗(yàn)的有限元仿真，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到了不同殘余應(yīng)力狀態(tài)下的載荷－位移曲線。根據(jù)在給定深度下，載荷－位移曲線偏離參考曲線的距離，并結(jié)合彈塑性理論的相關(guān)知識(shí)得到了表面平均殘余應(yīng)力的計(jì)算公式；此