[发明专利]一种连续压痕法测量残余应力和金属材料弹塑性力学性能的方法

权利要求书

1.一种连续压痕法测量残余应力和金属材料弹塑性力学性能的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：在无残余应力试样上施加横向载荷，进行连续球压痕实验，建立不同深度下压痕功比和金属材料力学性能之间的无量纲方程∏_γ的函数表达式：

式中：W_t为加载功，W_e为弹性恢复功；为压痕功比；σ_y为屈服强度；n为应变硬化指数；σ_r为残余应力；h_m为最大压入深度；R为球形压头半径；E^*为有效弹性模量，其值大小近似为材料的弹性模量E；

步骤二：对待测材料进行压痕实验，得到载荷-位移曲线，从载荷-位移曲线中得到真实加载功W_t0和真实弹性恢复功W_e0，计算得到真实压痕功比(W_t0-W_e0)/W_t0；

步骤三：对于三个未知参数σ_y、n和σ_r分别建立一个区间范围，对三个参数分别在区间范围进行等份取点，得到三个参数值的所有排列组合；

步骤四：将步骤三中的σ_y、n和σ_r的每一组排列组合带入到步骤一的式(1)中，选取三组以上不同h/R进行反分析，分别得到反演的压痕功比(W_t-W_e)/W_t，计算每组排列组合在不同h/R下的反演的压痕功比(W_t-W_e)/W_t与真实压痕功比(W_t0-W_e0)/W_t0之间的误差绝对值的总和，若误差绝对值的总和不大于设定值，则使得误差绝对值的总和最小的一组排列组合即为所求的σ_y、n和σ_r；若误差绝对值的总和大于设定值，则返回第三步重新改变区间范围，直至误差绝对值的总和不大于设定值。

2.根据权利要求1所述的一种连续压痕法测量残余应力和金属材料弹塑性力学性能的方法，其特征在于，步骤一中，不同深度下压痕功比和金属材料力学性能之间的无量纲方程∏_γ的函数表达式采用如下变形：

在一定的压入深度h下，h_m/R为一个定值，存在一个表观应变ε_p，使无量纲方程∏_γ独立于n，对应的应力为表观应力σ_p；此时，(1)式由无量纲方程∏^*表示：

其中，表观应力σ_p由下式确定：

由于不同深度下的表观应变ε_p不同，采用二次多项式对不同深度下的表观应变进行拟合：

其中，A，B，C为常数；

在一给定h/R下，由(4)式给出该h/R下的表观应变；将压痕功比(W_t-W_e)/W_t与材料的力学参数E^*/σ_p和σ_r/σ_p对应的离散点进行拟合，得到该h/R下∏^*的函数多项表达式：

式中：a₁至a₁₀为常数。

3.根据权利要求1所述的一种连续压痕法测量残余应力和金属材料弹塑性力学性能的方法，其特征在于，步骤一中，所述施加横向载荷过程中，施加压应力载荷时模拟残余压应力；施加拉应力载荷时模拟残余拉应力。

4.根据权利要求1所述的一种连续压痕法测量残余应力和金属材料弹塑性力学性能的方法，其特征在于，步骤一中，所施加载荷不大于材料的屈服强度，其残余应力大小控制在±0.8σ_y范围内。