[发明专利]一种基于维氏压头压痕法近似获得金属弹塑性参数的方法

权利要求书

1.一种基于维氏压头压痕法近似获得金属弹塑性参数的方法，其特征在于，具体步骤如下：

a、通过有限元数值模拟计算得到多种已知弹塑性参数E,σ_y,n的金属材料的载荷-位移曲线以及S；

其中，S为压痕最终形貌上、维氏压头挤出材料表面的部分被Ⅰ类轴截面截得的四个相同的截面其中一个截面的面积，

E为材料的杨氏弹性模量；

σ_y为材料的应力-应变曲线中的屈服强度；

n为材料的应力-应变曲线中的硬化指数；

b、拟合F₁、F₂和F₃对应弹塑性参数E,σ_y,n的公式：

其中，

h为载荷-位移曲线中加载过程中维氏压头的压入深度；

h_m为维氏压头最大的压入深度；

P为载荷-位移曲线中加载过程中维氏压头的压力值；

P_m为最大的压力值；

W_t为总功，即载荷-位移曲线中加载过程中做的功；

W_e为弹性功，即载荷-位移曲线中卸载过程中做的功；

W_p为塑性功，W_p＝W_t-W_e；

通过已知弹塑性参数的金属材料的载荷-位移曲线以及S的值代入公式(1)、(2)、(3)，得到每个已知弹塑性参数的金属材料的F₁、F₂和F₃的值，再分别拟合F₁、F₂和F₃对应E,σ_y,n的函数，得到F₁、F₂和F₃对应E,σ_y,n的函数(4)、(5)和(6)：

c、测量时，首先，基于维氏压头的压痕仪，通过压痕法获得被测材料的载荷-位移曲线；然后，通过三维光学成像系统设备获得被测材料最终压痕形貌的S的值；接着，将被测材料的载荷-位移曲线以及S的值代入公式(1)、(2)、(3)，获得将被测材料的F₁、F₂和F₃的数值；最后，通过将被测材料的F₁、F₂和F₃的数值代入步骤b中的函数(4)、(5)、(6)中，获得三个三元方程，进而求解得到被测材料弹塑性参数E,σ_y,n。

2.根据权利要求1所述的基于维氏压头压痕法近似获得金属弹塑性参数的方法，其特征在于，所述步骤a中，选择已知弹塑性参数E,σ_y,n的金属材料时，E选取范围为30-300GPa；σ_y选取范围为30-3000MPa；n选取范围为0-0.5。

3.根据权利要求1所述的基于维氏压头压痕法近似获得金属弹塑性参数的方法，其特征在于，步骤b中，W_t通过下式有限元数值模拟计算获得的载荷-位移曲线中计算：

此处P_load是加载过程中载荷与位移的关系；

W_p通过下式计算：

此处P_unload是卸载过程中载荷与位移的关系。

4.根据权利要求1所述的基于维氏压头压痕法近似获得金属弹塑性参数的方法，其特征在于，步骤c中，通过三维光学成像系统设备读取被测材料被维氏压头挤出部分被Ⅰ类截面截出的上界一系列点与被测材料原始表面之间的距离，再通过近似积分的方法计算出S的值。