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1、仪器柔度标定误差对杨氏模量压入识别的影响2011年4月第25卷第2期装甲兵工程学院JournalofAcademyofArmoredForceEngineeringApr.201lV01.25NO.2文章编号:1672.1497(2011)02—0046—04仪器柔度标定误差对杨氏模量压入识别的影晌马德军,陈伟,宋仲康,郭俊宏(装甲兵工程学院机械工程系,北京100072)摘要:针对材料杨氏模量仪器化压人识别的2种代表性方法——Oliver-Pharr方法和Ma方法,通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对杨氏模量识别精度的影响.结果表明:仪器柔度及压入载
2、荷越大,由标定误差导致的杨氏模量识别误差越大;当材料较软且压入深度较大时,仪器柔度的标定误差甚至可能导致材料杨氏模量的识别结果为负值;通过比较证明,Ma方法比Oliver?Pharr方法具有较低的仪器柔度敏感性和较高的测试精度.关键词:仪器化压人;柔度;标定误差;杨氏模量中图分类号:0348.3;TG115.5文献标志码:AInfluenceofFrameComplianceCalibrationErroronIdentifyingYoungSModulusbyInstrumentedIndentationTestMADe—jun,CHENWei,SONG
3、Zhong—kang,GUOJun—hong(DepartmentofMechanicalEngineering,AcademyofArmoredForceEngineering,Beijing100072,China)Abstract:Effectofflamecompliancecalibrationerrorcontributiontothetestaccuracyisstudiedbymeansoffiniteelementanalysisusingthetworepresentativeindentationtestmethods:Oliver—
4、Pharrmeth:odandMamethod.Theresultsshowthatthegreaterframecomplianceandpressureloadare,thegreatertesterroris.Whenthematerialissoftandtheindentationdepthislarge,flamecompliancecalibrationerrormayevenleadtothenegativeresultofYoungSmodulus.ItisprovedbycomparationthatMameth-odhashigher
5、accuracyandlowersensitivityofflamecompliancethanOliver—Pharrmethod.Keywords:instrumentedindentation;compliance;calibrationerror;YoungSmodulus近年来,随着纳米材料,表面改性材料和微机电材料等技术的不断发展,传统力学性能测试技术的局限性日益突出.仪器化压入技术通过高精度测量作用在压头上的载荷和位移数据,并借助有关力学模型可以识别出诸多材料力学参数,其中杨氏模量是利用该技术识别的重要参数之一.由于试样制备简单,操作方便,试
6、验接近无损,该技术近年来获得了越来越广泛的应用.仪器化压入技术测得的位移由2部分组成:一是被测试材料在压头作用下的变形位移,即材料本体压入位移;二是由机架变形(即仪器柔度)引起的附加位移.前者用于识别材料的力学性能,后者与材料变形无关,测试中必须采用某种方法予以识别和排除,因收稿日期:2010—10.12基金项目:国家自然科学基金资助项目(10672185).作者简介:马德军(1964一),男,教授,博士.此仪器柔度的标定准确与否对材料力学性能参数的识别至关重要.目前人们已提出多种仪器柔度的标定方法,不同的标定方法对同一仪器的柔度标定值并不相同,变动范围大
7、致在4-15%左右J,由此导致压入测试结果的不同.本文针对目前最具代表性的2种压人测试方法——0liver-Pharr方法和Ma方法…,通过有限元数值模拟定量地分析了仪器柔度标定误差对杨氏模量识别的影响.1压入测试方法1.1Olive-Pharr方法图1给出了在压入试验加,卸载过程中测得的载荷一位移曲线,其中:P为最大载荷;h为最大第2期马德军,等:仪器柔度标定误差对杨氏模量压入识别的影响47压入深度;h为卸载后的残余压痕深度;S为卸载曲线的初始卸载斜率.Olive—Pharr方法用于确定材料的杨氏模量基本公式为E=,㈩h:h一0.75P/S,(2)E=(
8、1一u)/[1/E一(1一u)/E.],(3)hfh.位移h图1仪
