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原文传递一种反复加卸载球形压头压入获取材料断裂韧度的方法

专利名称：	一种反复加卸载球形压头压入获取材料断裂韧度的方法
摘要：	本发明涉及材料，特别是服役材料、焊缝材料以及新材料的力学性能微损测试新方法领域，尤其是一种反复加卸载球形压头压入获取材料断裂韧度的方法。采用硬质材料球形压头，对光滑被测材料表面以N次反复加卸载的方式进行压入试验，获得连续的被测材料的压入载荷P‑压入深度h曲线，然后，通过应用本发明的方法获取材料的断裂韧度。本方法克服了现有球形压头压入试验技术需要额外的破坏性单轴拉伸试验或依赖于某类材料的不足，其测试方法简单、便捷、精确，有良好的普适性，有利于球形压头压入试验技术的普及和应用。适合于难以按照常规断裂韧度测试要求进行取样的场合，特别对桥梁、舰船等存在材料性能劣化及需要讨论局部材料断裂韧度差异的场合。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东大学
发明人：	王威强;张泰瑞;王尚;张国新
专利状态：	有效
发布日期：	2019-01-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201810960582.6
公开号：	CN108982261A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司 37221
代理人：	薛玉麟
分类号：	G01N3/34(2006.01)I;G01N3/42(2006.01)I;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/34;G01N3/42
申请人地址：	250100 山东省济南市历城区山大南路27号
主权项：	1.一种反复加卸载球形压头压入获取材料断裂韧度的方法，采用硬质材料球形压头，对光滑被测材料表面以N次反复加卸载的方式进行压入试验，获得连续的被测材料的压入载荷P‑压入深度h曲线，通过以下后处理方法，获取材料的断裂韧度；其特征在于方法步骤如下：[1]、拟合卸载斜率S⁽ⁱ⁾和残余压痕深度球形压头压入试验获得的被测材料的压入载荷P‑压入深度h关系的卸载曲线满足良好的线性函数关系，因此根据式(9)，采用线性函数拟合第i次加卸载循环的卸载曲线得到卸载斜率Sⁱ和残余压入深度式中，S⁽ⁱ⁾和分别为第i次加卸载循环的卸载斜率和残余压入深度；[2]、计算第i次压入循环的压痕回弹深度根据式(10)，计算第i次加卸载循环完全卸载状态下的压入回弹深度式中，为第i次加卸载循环的最大压入深度，可以从被测材料的压入载荷P‑压入深度h曲线上直接读取，为通过式(9)拟合出的残余压入深度；[3]、计算残余凹坑曲率半径根据式(11)，计算第i次加卸载循环完全卸载状态下残余凹坑的曲率半径式中，和分别为第i次加卸载循环的最大压入深度和残余压入深度，R为已知的球压头半径；[4]、计算有效弹性模量根据式(12)，计算被测试材料在第i次加卸载循环的有效弹性模量式中：v为已知的被测试材料泊松比，v_ind和E_ind分别为球形压头材料的泊松比和弹性模量，和S⁽ⁱ⁾分别为第i次加卸载循环的残余凹坑曲率半径、压入回弹深度和卸载斜率，R为球压头半径；[5]、计算势能释放Π(i)和等效裂纹面积A(i)，分别根据式(13)和式(14)，计算第i次加卸载循环的势能释放Π(i)和等效裂纹面积A(i)；式中，和S⁽ⁱ⁾分别为第i次加卸载循环的最大载荷、有效弹性模量、残余凹坑曲率半径、压入回弹深度和卸载斜率，R为球压头半径，v_ind和E_ind分别为球形压头材料的泊松比和弹性模量，v为被测试材料的泊松比，为被测试材料第1次加卸载循环的有效弹性模量；[6]、确定能量释放率JSIT，分别以步骤5)中计算的等效裂纹面积A(i)和势能释放Π(i)为横、纵坐标绘制散点图，并用线性函数描述等效裂纹面积A(i)和势能释放Π(i)的关系，该线性函数的斜率即为压入过程中的能量释放率JSIT；式中，A和Π分别为等效裂纹面积和势能释放；[7]、计算断裂韧度KJC，根据式(16)，计算试样材料的平面应变断裂韧度KJC；式中：J_SIT为压入过程中的能量释放率，v为被测试材料的泊松比，为被测试材料第1次加卸载循环的有效弹性模量。
所属类别：	发明专利