基于纳米压痕的线性黏弹材料模量的测试方法.pdf

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1、2010年5月润滑与密封Mav2010第35卷第5期LUBRICAT【ONENGINEERINGV01．35No．5DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2010．05．006基于纳米压痕的线性黏弹材料模量的测试方法胡宏玖李达开周沙溆李洁贺耀龙(1．上海市应用数学和力学研究所上海大学200072；2．吉首大学张家界学院湖南张家界427000；3．上海大学分析测试中心上海200444)摘要：据Lee—Radok积分算子，提出Berkovich针尖动态压入线性黏弹材料过程中，聚合物材料的存储模

2、量和损耗模量的修正测试方法(IDNM)，通过与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的纳米压痕动态力学试验结果及动态机械分析仪(DMA)的试验结果的对比，分析IDNM方法的主要影响因素。结果表明：以恒加载速率施加动态压入主载荷时，IDNM方法可获较高精度的存储模量，与DMA结果相差在10％以内，且IDNM方法并不局限于Lee—Radok条件。关键词：模量；线黏弹性；纳米压痕；动态中图分类号：TG156文献标识码：A文章编号：0254—0150(2010)5—026—5MeasurementofModulusofLine

3、arViscoelasticMaterialsbyNanoindentati0nHUHongjiuLiDakaiZhouShaxuLiJieHeYaolong(1．ShanghaiUniversity，ShanghaiInstituteofAppliedMathematicsandMechanics，Shah【ghai200072，China；2．ZhangjiajieCollege，JishouUniversity，zhaniajieHunan427000，China；3．InstrumentalAnaly

4、sis&ResearchCenter，ShanghaiUniversity，Shanghai200444，China)Abstract：Improveddynamicnanoindentationmethod(IDNM)forBerkovichnanoindentertomeasurethestoragemodu—lusandlossmodulusoflinearviscoelasticmaterialswasproposedfromLee．Radokhereditaryintegraloperator．an

5、dthemainfactorsaffectingIDNMwerediscussedintermsofdynamicmechanicalanalysis(DMA)anddynamicnanoindentationforpolymethacrylate(PMMA)．Theresultsshowthatthedynamiccharacteristicsofviscoelasticmaterialsareaccuratelyob．tainedbyIDNMwithaconstantrateloading．andthea

6、veragepercenterrorforthecomplexmodulusofPMMAislessthan1O％．Moreover，IDNMisalSOapplicableundertheconditionthatLee—Radokapproachisnotiustified．Keywords：modulus：linearviscoelastic；nanoindentation：dynamics，近年来，随着聚合物及其复合材料的合成和制备体)的测定，对于大多数的聚合物及其复合材料而工艺的提高，其特征尺寸越来

7、越小。对于尺度在100言，据此获得的模量与传统的动态机械分析仪m量级以下的样品，如聚合物薄膜，其黏弹力学性(DMA)的试验结果相差较大。Huang等据能的测试方式也在悄然变化。便捷和高效的纳米压入弹性压人问题的Hertzian解及Lee—Radok遗传积分接触测试正逐渐成为微／纳米尺度力学分析的主要方算子，给出了采用球形压头动态压痕法测量黏弹材料式¨“，其中动态压痕方法测试黏弹材料力学性能始模量的新方法。为满足球形压针的测试精度，纳米压于20世纪末。基于Oliver和Pharr的连续刚度测量法痕仪需提供较大的

8、动态荷载，由此便限制了该方法的(CSM)，Loubet和Lucas等。提出了测试聚合物运用。本文作者将针对Berkovich锥形压针，在文献材料存储模量、损失模量的动态压人力学方法，并成[10]的工作基础上，建立线性黏弹材料基于动态纳为Hysitron-Triboindenter、MTS—NanolndenterXP等商米压痕试验的存储模量和损耗模量的修正测试方法业纳米压痕仪器的内置模块，广泛用于聚