| 一种基于球形压入的金属材料弹塑性参数一体化测试技术 |
| 英文题名 | An Integrated Testing Technique for Determining the Elastic-plastic Parameters of Metals by Instrumented Spherical Indentation
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| 于畅
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| 导师 | 张泰华
; 郇勇
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| 2015
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| 学位授予单位 | 中国科学院研究生院
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 博士
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| 学位专业 | 固体力学
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| 摘要 | 金属材料作为经典工程材料广泛应用，其弹塑性参数是材料力学性能中的重要指标，是进行结构设计与计算的重要依据。仪器化压入技术由于其微区、微损和原位的特点，已成为微/纳米尺度材料力学性能测试的主要工作方式。本论文的主要目的是基于仪器化球形压入方法发展一种金属材料弹塑性参数的一体化测试技术。具体工作如下： 建立一体化识别弹塑性参数的分析方法。基于孔洞扩张模型和经典Lamé解，针对三种本构关系，推导球形压入问题中压入总功和卸载功的解析表达式。拓展Meyer系数的使用范围，拟合线弹-线硬化本构和线弹-幂硬化本构下Meyer系数与塑性参量之间的关系式。联立压入总功、卸载功和Meyer系数关系式，建立三种本构下的一体化识别弹塑性参数的分析方法。采用数值方法评价本分析方法的准确性和稳定性。 建立金属材料本构的预判方法。研究与变形路径相关的分析参量半压深能量累积率和Meyer系数，发现两者之间存在近似线性减函数关系，不同本构线性拟合的截距差异明显。基于拟合的分界线建立材料本构预判方法，并提出本构预判参数 的概念。 确定测试控制条件。系统论证测试控制条件的影响因素及其程度，提出实用化的压头半径和压入零点确定方法以及压入深度控制方法。结合目前纳米压入和宏观压入两类典型仪器，明确分析方法向测试方法转化的可行性。 评估弹塑性参数识别分析方法及其本构预判方法的可靠性。选取LY12、Al7075、TC4和T2四种典型金属材料，以传统超声法和单轴拉伸法测定的弹塑性参数为名义参考值，对比纳米压入和宏观压入测试结果，证实本文方法能够基于“线弹-硬化”模型预测材料本构类型，提高识别弹塑性参数的准确度。基于识别弹塑性参数预测应力-应变曲线能够较好地吻合单轴拉伸试验结果。 本文系统地研究基于仪器化球形压入方法的金属材料弹塑性参数的一体化测试技术。从分析方法、力学测量和可靠性验证三个层面的依次研究，提升本测试技术的物理内涵和实用性。 |
| 索取号 | 31265
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/55087
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| 专题 | 非线性力学国家重点实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
于畅. 一种基于球形压入的金属材料弹塑性参数一体化测试技术[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2015.
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