利用压痕实验确定功能梯度材料的分布特性

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压痕实验是一种广泛使用于测量薄膜和小体积材料材料力学特性的的工具,可以利用压痕实验来评估材料的力学特性,如弹性模量、硬度和刚度。  文中,利用压痕实验来确定功能梯度材料的特性分布,功能梯度材料定义为从一个表面到另一个表面复合材料的性能是连续变化的。文中,研究复合材料的弹性模量是随着深度呈指数变化的。  传统的方法不能测量微米和纳米尺寸的材料的力学特性。目前的研究,利用有限元分析来模拟压痕实验,利用韦氏测试,韦氏测试比其他的硬度测试方法更实用,因为它的计算方法与压头的尺寸无关,这个压头可以应用于所有的材料而不考虑硬度。  常规的分析方法假设试样材料的弹性模量是一个常值。现在的工作处理材料的压痕实验数据的方法,认为材料的弹性模量从试样的表面呈指数变化。  材料的很多特性可以从测量的载荷-位移曲线中推导出来,文中分析功能梯度材料的性能的位移—深度曲线是基于有限元模拟压痕实验。  文中,详细讨论了一些载荷步,通过这些载荷步来模拟压痕实验,从而确定功能梯度材料的特性分布。  为了分析材料的性能对载荷-位移曲线的作用,假设基层材料具有的弹性模量具有不同的初值。正如预期那样,材料的初始弹性模量越高,压头透入功能梯度材料基质所需要的压力就越高。  为了分析摩擦力对载荷-位移曲线的作用,假设不同的摩擦力系数值。这个分析必须注意一个问题,在试验中,压头与基层表面的摩擦力是如何影响载荷-位移曲线的是需要考虑的。
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