纳米级显微硬度试验研究

阐述了一种纳米尺度下测试材料显微硬度的试验方法——深度硬度试验法。并研制了深度硬度试验装置，采用压电陶瓷传感器实现微位移和激光测试超低载荷，该试验装置分辨率高，可以实现纳米级压痕的显微硬度测试。     

铝合金等离子体微弧氧化陶瓷层组织与性能研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)分析了LY12铝合金表面陶瓷层的形貌和相组成,用纳米显微力学探针测定了陶瓷层的纳米硬度和弹性模量。结果表明,陶瓷层具有表面疏松层和内部致密层两层结构,陶瓷层主要由α Al2O3和γ Al2O3组成,纳米硬度和弹性模量在陶瓷层截面的分布情况相似,由内层到外层呈降低趋势。     

不同晶体取向单晶锗的力学性能

为了研究微纳米尺度下单晶锗的力学特性,采用纳米压痕仪对单晶锗(100)(110)和(111)晶面进行了纳米压痕实验,并通过原子力显微镜对材料表面进行了观测。根据单晶锗各晶面的位移-载荷曲线,对单晶锗各晶面的弹性回复率、硬度、弹性模量与压入深度之间的关系进行了分析。结果表明:单晶锗在加载过程中分别经历了弹性变形、塑性变形和脆性变形三个阶段。当压入深度超过500 nm时,加载曲线上有突进点产生;当压入深度超过100 nm时,卸载曲线上有突退点产生。单晶锗的残余压痕形貌表现为凸起状,表明单晶锗具有较低的加工硬化趋势。当压入深度达到100 nm时,单晶锗表现出明显的尺寸效应,且单晶锗(111)晶面具有最低硬度和弹性模量值。表明相对于其他两个晶面,单晶锗(111)晶面具有更好的塑性变形能力。     

纳米压痕法表征微电子焊点界面的力学性能

通过对微电子共晶SnBi/Cu焊点界面的微观力学性能的表征,介绍了纳米压痕法测量硬度、弹性模量、室温蠕变速率敏感系数的方法和原理.用恒定载荷法(4mN)测量了界面各相的硬度和弹性模量,测量结果表明:焊点界面处Cu6Sn5、Cu3Sn、Cu、Bi、Sn各相的硬度平均值分别是6.0、2.8、1.6、0.7、0.3GPa;弹性模量分别为117.0、146.0、127.9、58.6、49.5GPa;共晶SnBi焊料经120℃7天时效后,硬度为0.22GPa(恒定载荷50mN),弹性模量为73GPa,室温蠕变敏感指数为0.115.     

纳米压痕硬度计测方法的研究进展

针对纳米尺度下的材料硬度测量,利用纳米硬度计得到压痕的载荷-压深曲线,并用原子力显微镜得到压痕的三维形貌图.通过载荷-压深曲线和压痕形貌图,以及相应的计算方法,可以得到纳米压痕硬度.纳米压痕硬度计测方法不同,得到的材料硬度值也不同.分析现有的几种纳米压痕硬度计测方法,找出它们的优缺点,并对未来发展方向做了展望.     

纳米力学测试系统位移传感器校准装置

介绍了用激光干涉方法对纳米力学测试系统位移传感器进行校准的方法,并建立了校准装置;采用平衡式光学系统设计,干涉系统的抗干扰能力得到了显著提高,通过零位移测量实验对装置的稳定性进行了验证;用校准装置对TriboIndenter纳米力学测试系统的位移传感器进行了校准实验,测量不确定度分析结果表明该系统测量压头位移的准确度可以达到纳米量级。     

表层材料硬度检测及结果的对比分析

针对表层材料硬度检测中常用的几种显微硬度仪以及近年来发展的同乡会米压痕技术，对比分析了各种硬度仪的特点及其使用范围，着重指出了显微硬度仪与纳米压痕仪的定义在物理本质上的差别。最后针对最常用的维氏显微硬仪与目前先进的纳米压痕技术，利用有限元数值模拟并结合纳米压痕实验数据，给出了两种硬度值在数量上的关系。     

单晶硅各向异性力学性能纳米压痕实验研究

应用纳米原位压痕仪对单晶硅(100),(110),(111)晶面进行纳米压痕实验,对材料的弹性模量和硬度进行考察。实验结果表明:单晶硅(111)晶面相对于其它两个晶面具有较小的弹性模量和硬度值。通过单晶硅不同晶面原子结构分析,认为晶面原子层的间距分布差异是各晶面弹性模量差异的主要原因。     

5083铝合金力学性能的球压痕法检测研究

介绍了微压痕法在航空铝合金材料力学性能检测的研究.采用球形压头通过多级循环加载方法得到了5083铝合金材料压痕深度与载荷的关系,将微压痕数据输入经过充分训练的人工神经网络模型,计算出材料力学性能参数和材料应力应变曲线,对压痕法测量得到的材料真应力应变曲线与拉伸试验得到的结果进行了比较.     

材料表面薄膜硬度的测试计算

给出了基于纳米硬度试验的表层薄膜的硬度测算方法。首先研究如何利用有限元计算弥补纳米硬度测量在压痕深度小于百纳米时的精度缺陷，进而探讨薄膜一基体材料系统的硬度随压痕深度变化的规律，最后导出了根据实验曲线预测表层薄膜材料的硬度的公式，并进行了实验验证。     

基于频响函数的复合材料空间分布模量场识别

针对纤维编织复合材料宏观力学性能的非均匀特性,提出了基于频响函数(FRF)的复合材料梁空间分布弹性模量场的识别方法。采用基于灵敏度分析的方法构造优化问题,以实测和计算加速度频响残差范数最小为目标函数,进而通过迭代求解识别出复合材料梁弹性模量的空间分布。首先,以悬臂梁模型为研究对象进行数值仿真分析,验证识别方法的正确性。进一步开展复合材料梁模态试验研究,将复合材料三点弯曲试验获取的近似均质化弹性模量作为优化问题的初值;利用非接触测量方法获取模态试验中梁上各测点处的动位移响应,并计算得到各测点的加速度频响函数作为优化问题的输入值。结果表明:采用所提出的识别方法获取的模量场计算得到的梁上各处频响函数与试验获取值吻合,且所提方法在实测动响应存在噪声污染工况下是可行的。该方法能够为复合材料等效建模提供更加准确的弹性模量场。     

化学镀镍层对30CrMo及LY12疲劳性能的影响

研究了两种不同磷含量化学镀镍层的组织结构、硬度及弹性模量,并着重研究了３０ＣｒＭｏ及ＬＹ１２经化学镀镍后的旋转弯曲疲劳性能。结果表明,低磷微晶镀层较高磷非晶镀层具有更高的硬度、弹性模量和疲劳抗力;化学镀镍层导致了３０ＣｒＭｏ疲劳强度的显著下降,但能提高ＬＹ１２的疲劳强度,表明化学镀镍层对基体疲劳性能的影响作用主要取决于基体本身疲劳抗力的高低。     

编织结构复合材料力学性能分析

 以分析编织结构复合材料的力学性能和修正的经典层合板理论为基础，首先对三维编织织物结构进行分析，考虑厚度方向的效应，采用三维应力—应变分析，预报编织结构复合材料的有效弹性模量；同时，进行了编织结构复合材料的力学性能实验，理论预报和试验结果符合得较好。     

纳米压痕技术表征T800碳纤维的弹性模量和硬度

利用纳米压痕技术对T800SC碳纤维不同取向(纤维轴向与纳米压痕测试面成θ夹角)的弹性模量和硬度进行了测试,结合Weibull分布函数对T800SC碳纤维不同取向的弹性模量和硬度进行统计分析。结果表明:随着测试面与纤维轴向夹角的增大,T800SC碳纤维的弹性模量和硬度逐渐增大。T800SC碳纤维的弹性模量从平行纤维轴向时的(15.84±2.00)GPa增加到垂直纤维轴向时的(50.96±5.73)GPa;T800SC碳纤维的硬度从平行纤维轴向时的(2.71±0.51)GPa增加到垂直纤维轴向时的(5.24±0.91)GPa。对于纤维不同取向的弹性模量,其Weibull模数在9.0~10.5;对于纤维不同取向的硬度,其Weibull模数在6.0~8.0。     

稀土元素Ce对NiAl金属间化合物结构及力学性能的影响

基于密度泛函理论的第一原理方法,使用VASP代码包计算分析稀土元素Ce对金属间化合物NiAl结构及力学性能的影响。结果表明:Ce原子在NiAl中优先占据Al位;Ce掺杂后引起NiAl晶胞畸变,晶格常数增大。通过电荷密度图和态密度图分析,Ce与邻近的Ni、Al原子发生相互作用并存在轨道杂化成键。计算弹性常数、弹性模量等物理量,结果表明,Ce使得NiAl的硬度降低,刚性变弱,利用Pugh判据分析得出Ce能够改善NiAl的韧性。随着Ce掺杂浓度的增加,NiAl晶格常数增大的幅度提高,NiAl的韧性越好,但其硬度和刚性降低的幅度也越大。     

三维数字图像相关技术(3D DIC)在材料形变研究中的应用进展

三维数字图像相关技术(3D DIC)由于其非接触、全场化的测量方式,与其他光测方法相比,具有自动化、光路简单、普适性及抗干扰能力强等优点,广泛应用于多领域多种材料的力学性能测试中,但在应用过程中会出现测量精确性不确定、高温实验测量误差大、大曲率物体可测面积有限等问题。综述了3D DIC在不同种类材料常规力学实验中的应用,通过对比分析3D DIC、传统引伸计测量结果及有限元模拟结果,验证该技术精确性;由于高温和大变形测量中3D DIC的应用是目前的研究热点和难点,故重点介绍了高温散斑制备和多相机DIC等最新技术进展;指出在散斑对测量精度影响、微应变尺度测量、环境因素对测量效果干扰以及在军事材料和生物医学领域应用等方面还需对3D DIC进一步研究。     

含胶层复合材料梁构件性能分析

复合材料剪切模量通常比弹性模量低1个数量级,这就导致复合材料梁结构剪切效应比普通梁结构显著得多,尤其是梁截面高度较大的情况。作为夹胶玻璃等结构的复合材料支撑框架,复合材料方管梁翼缘通常存在较弱的胶层,此时复合材料梁横截面包含不同剪切模量的材料层,这就导致梁横截面在剪切作用下发生复杂的翘曲。剪切翘曲效应对梁结构的性能有着极大的影响,本文在分段线性位移场假设基础上,推导了对称面内变形的方管梁结构静力以及自振周期计算模型,并同经典梁理论计算结果进行对比,分析了梁几何参数、胶层力学参数等因素对两个模型计算误差的影响。计算结果表明,当胶层较弱时,弱层带来的层间剪切效应对梁的性能有着决定性的影响,此时经典梁理论不再适用。     

Recent progress of residual stress measurement methods: A review

Residual stress is one of the main factors affecting the mechanical properties of materials, such as their strength, plasticity and surface integrity. For instance, tensile stress conditions can adversely affect material performance or component life, while compressive stress conditions can improve material fatigue strength. During the processing of integrated aviation structures, machining deformation caused by residual stress has become one of the most prominent manufacturing problems. Therefore, it is very important to measure and evaluate the stress for real applications. This paper reviews the research of residual stress measurement methods over the past five years by classifying them according to the measurement methods appearing in each stage. The existing problems and difficulties of each measurement technology are summarized, and future trends are forecasted. This paper provides a reference for further in-depth study of residual stress measurement technologies.