基于壓痕技術和有限元仿真的材料表面殘余應力測量.pdf

1、殘余應力的測量技術始于20世紀30年代，隨著微電子技術的發(fā)展和計算機的普遍應用，殘余應力的測量技術取得了突破性的進展。發(fā)展至今共形成數(shù)十種測量方法，可分為機械釋放測量法和無損傷測量法兩大類。機械釋放測量法是將具有殘余應力的部件從構件中分離或切割出來使應力釋放，然后測量應變的變化求出殘余應力。它的優(yōu)點是：測量精度高，缺點是：對構件損傷大；無損傷測量法分為：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)點是

2、：對構件無損害，缺點是：成本較高。由于殘余應力會影響到材料的腐蝕、開裂、疲勞強度等力學性能，同時也會對材料的物理機械性能產(chǎn)生巨大影響，對結構的強度造成很大危害，歷史上許多災難性破壞事故大多是由結構中的殘余應力引起，因此，研究和測量構件中的殘余應力對生產(chǎn)和科學實驗有著重要的現(xiàn)實意義。
　　近些年，隨著表面工程技術和微電子機械系統(tǒng)的發(fā)展，傳統(tǒng)的測量方法幾乎不能滿足在微米和納米尺度下的檢測需要。本文是建立在微米級壓痕實驗的基礎上，結合有

3、限元仿真來分析和測量材料表面的殘余應力。首先由壓痕實驗得到了載荷－位移曲線，然后對壓痕實驗進行有限元仿真，計算結果表明：實驗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驗的結果是非?？煽康?；接著對表面存在不同殘余應力狀態(tài)的低碳鋼試樣進行壓痕實驗的有限元仿真，經(jīng)過計算得到了不同殘余應力狀態(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，并結合彈塑性理論的相關知識得到了表面平均殘余應力的計算公式；此