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《泥沙颗粒表面力学及摩擦性能测试分析.pdf》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第31卷第2期硅酸盐通报Vo1.3lNo.22012年4月BUIJLETINOFTHECHINESECERAMICS0CIETYApril,2012泥沙颗粒表面力学及摩擦性能测试分析雷帆,温彤,吴诗仁(重庆大学材料科学与工程学院,重庆400044)摘要:本文对材料纳米力学性能测试方法进行了研究,重点分析了颗粒材料纳米压痕测试的原理和方法。针对纳米压痕测试需求,设计了一种简易制样方法,实测了泥沙粒子表面硬度和弹性模量。并利用应变式直剪仪测试了泥沙颗粒表面摩擦性能。结果表明,泥沙颗粒表面纳米硬度及弹性模量分别为1.94GPa和30.57GPa,颗粒表面摩擦系数约为0.65。纳米压痕及直剪试
2、验提供了丰富的颗粒材料近表面弹塑形变形和摩擦信息,是评价泥沙颗粒力学及摩擦性能的有效方法。关键词:直剪试验;泥沙颗粒;硬度;弹性模量;摩擦系数中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1001—1625(2012)02-0426-05TestingAnalysisofMechanicalandFrictionalPropertiesonSandGranularSurfaceLEIFan,WEN,Shi—ren(CollegeofMaterialScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)Abstra
3、ct:Thetestingmethodsfornanomechanicpropertiesofmaterialswerestudied,andthemainprincipleofnanoindentationtechnologyarenanlyzed.Asimplespecimenpreparationmethodweredesignedforthedemandofmicropropertytest.Thehardnessandelasticmodulusofsandparticlesweretestedbynano—indentationtechniques,thefrictiona
4、lpropeayofsandparticlesweretestedbydirectshearapparatus.Astheresults,thenanohardnessandelasticmodulusofsandparticlesare1.65GPaand26.84GParespectively,andthefrictioncoefficientonthegranularsurfaceisabout0.65.Nanointendationanddirectsheartestscanprovidemoreinformationaboutthenear--surfaceelastic--
5、plasticdeformationandfrictionalproperties,anditisaneffectivewaytoevaluatethemechanicalandfrictionalpropertiesofsandparticles.Keywords:directsheartests;sandparticles;hardness;elasticmodulus;frictioncoefficient引言颗粒材料在自然界和工程中都有广泛的应用,如岩土工程、粉体工程等。宏观上表现为离散颗粒的组合,单个颗粒的尺寸、形状、物理性质以及颗粒分布决定了颗粒体的力学性质。近年来,单个颗
6、粒的物理性质对颗粒体的微观、宏观力学性能的影响已经引起了广泛的重视。相关研究也一直关注不同的颗粒形状、表面性质对材料的微观力学性能的影响,目前这个问题还没有得到很好的解决¨。在材料纳米力学性能的测试分析中,纳米压痕技术是最为常用的手段,该技术利用相应设备对材料的小基金项目:重庆市自然科学基金计划项目(CSTC,2009BB4186)作者简介:雷帆(1989一),男,硕士.主要从事材料加工CAD/CAM方面的研究.E—mail:leifansmart@sina.corn第2期雷帆等:泥沙颗粒表面力学及摩擦性能测试分析427尺度个体施加作用力,并实时连续记录载荷、位移、深度、时间等参数,从
7、中获取材料力学性能。对于离散介质的摩擦性能测试,目前主流的方法是直剪试验,该方法可以直接反映颗粒材料内聚力及摩擦角等信息5]。泥沙颗粒属于颗粒物质体系的范畴,作为水泥基材料的重要组份,泥沙颗粒表面物性直接影响到水泥基的整体力学性能,单独研究泥沙的表面物性具有重要意义。由于泥沙颗粒尺寸细小加之非连续的自身属性,传统的力学性能测试手段已难以满足其物性测试的需求。因此本文设计了一套压痕测试实验样品的制备方案,通过纳米压痕仪对泥沙颗粒进行了微观力学性能
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