划痕测试影响因素分析与试验研究

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1、分类号：TH871单位代码：10183研究生学号：2014411014密级：公开研划吉林大学痕测试博士学位论文影响因素分析与试验研究钟月曦钟月曦吉2018年6月林大学—————————————————————划痕测试影响因素分析与试验研究—————————————————————Analysisandexperimentalstudyoninfluencingfactorsofscratchbehavior————————————作者姓名：钟月曦专业名称：机械制造及其自动化研究方向：材料微观力学性能测试指导

2、教师：赵宏伟教授学位类别：工学博士培养单位：机械科学与工程学院论文答辩日期：2018
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日授予学位日期：年月日答辩委员会组成：姓名职称工作单位主席杨兆军教授吉林大学委员林洁琼教授长春工业大学许金凯教授长春理工大学呼咏教授吉林大学黄虎教授吉林大学未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士学位

3、论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优

4、秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□硕士■博士学科专业：机械制造及其自动化论文题目：金属铜划痕行为的影响因素分析与试验研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市人民大街5988号吉林大学南岭校区机械科学与工程学院（130022）作者联系电话：18143093715本论文工作得到以下项目的资助1.国家重大科学仪器设备开发专项“材料

5、微观力学性能原位测试仪器研制与应用（2012YQ030075）”，2012.10-2016.092.国家自然科学基金项目“接近服役条件下材料微观力学性能原位测试新技术的研究（51275198）”，2013.01-2016.123.国家自然科学基金优秀青年科学基金“材料微观力学性能原位测试技术与应用（51422503）”，2015.01-2017.12摘要划痕测试影响因素分析与试验研究随着材料科学技术的迅猛发展，工业领域对材料性能的要求越来越高。作为服役性能的重要因素之一，材料摩擦磨损特性的研究近年来成为国内

6、外的研究热点。划痕作为一种高分辨率的测试方法，不仅有助于分析材料微观力学性能，且对微沟槽加工机理及材料可加工性研究具有重要意义。划痕测试方法能测量材料表面的摩擦系数、刻划抗力与动态划痕硬度等力学参数，还能研究切削加工中材料的可加工性和工艺参数优化等问题，因此在众多领域得到广泛应用，常用于薄膜/涂层等各类材料力学性能的测试分析中。近年来，划痕方法在理论、仪器研发和应用等方面迅速发展，对仪器精度及测试因素要求也越来越高，然而划痕测试过程较为复杂，在试验过程中不可避免的受到诸多因素影响，如机械装配导致的不垂直、材

7、料凸起或凹陷引起的接触深度误差等。因此，开展对划痕过程的影响因素分析是很有必要的。为了更加深入了解各因素对材料变形损伤机制的影响，利用仿真手段对划痕过程进行分析，能够有助于解释试验现象和发现新的物理现象，揭示材料内部的应力及应变状态。本文针对划痕过程开展了基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法的仿真研究，讨论了不同使役条件对材料摩擦磨损性能及沟槽形貌的影响；为验证仿真分析，本文采用微/纳米划痕仪，针对无氧铜和单晶铜材料，分别开展了不同加载模式、接触深度、接触载荷、划痕速率、残余应力及非垂直状态条件下的划痕试验

8、。此外，本文还对铜铝复合材料进行了划痕试验，分析了不同深度下复合材料的微观形态和材料特性。论文主要内容如下：（1）本文对划痕测试理论和压头类型进行分析，讨论了影响划痕过程的主要因素。在此基础上，建立了四种形状（圆锥、球形、三棱锥和四棱锥）的压头理论模型，总结了四种压头在试件倾斜状态下，水平投影面积及实际压入深度的变化趋势并进行误差分析，为仿真及试验分析提供必要的理论依据。（2）利用光滑粒子动力学（SPH）方法对无