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原文传递一种有机材料的韧性、强度和弹性的测算方法

专利名称：	一种有机材料的韧性、强度和弹性的测算方法
摘要：	本发明属于材料特性测量技术领域，具体为一种有机材料的韧性、强度和弹性的测算方法。本发明方法包括：利用纳米压痕仪对有机材料进行单次加载‑卸载测试，测试所用的载荷大小和应变必须在合适的范围内，得到该有机材料的单次载荷曲线；利用纳米压痕卸载曲线拟合公式，对卸载曲线进行最优化的数据拟合，计算得到三个拟合参数；利用这三个参数代入韧性、强度、和弹性参数的计算公式，即得到材料的韧性、强度、和伸缩性等力学特性参数。本发明方法适用于测试比较疏松的有机材料的力学参数，尤其适用于测试具有范德华力（分子力）相互作用的材料的力学参数。可以建立一种使用方便、测量准确、应用范围广泛的材料力学标准化测试方法和测试工具。
专利类型：	发明专利
申请人：	复旦大学
发明人：	钟高余;韦志毅;叶飞;钱柏帆;闫伟青;田益明
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN201911400928.8
公开号：	CN111060414A
代理机构：	上海正旦专利代理有限公司
代理人：	陆飞;陆尤
分类号：	G01N3/42;G01N3/08;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/42;G01N3/08
申请人地址：	200433 上海市杨浦区邯郸路220号
主权项：	1.一种材料强度、韧性和弹性的测算方法，其特征在于，具体步骤为：（1）利用纳米压痕仪对通过范德华力结合的材料，进行单次加载-卸载测试，得到该材料单次的纳米压痕载荷曲线；（2）应用描述分子间力和分子间距关系的罗纳德-琼斯势理论，推导得到卸载曲线中的载荷与压入深度的函数关系，利用该函数对载荷曲线进行计算机软件运算的最优化拟合，得到最佳拟合参数；（3）根据罗纳德-琼斯势理论推导得到表征材料强度、韧性和弹性的关系式，把上述步骤得到的最佳拟合参数代入这些关系式中，计算得到反映材料强度、韧性和弹性的力学性能参数；所述根据罗纳德-琼斯势推导得到的用于拟合卸载曲线的公式为：式中，F为卸载曲线中的载荷，h为卸载曲线中的压入深度，hm为受力为零时的压入深度，ε为待拟合的参数：分子间相互作用势能最低点的数值，rm为待拟合的参数：实际参与形变的薄膜在平衡状态下的厚度。 2.根据权利要求1所述的材料强度、韧性和弹性的测算方法，其特征在于，步骤（3）中，所述卸载曲线中，表征材料韧性的公式为：式中，Vb为材料的单位面积结合能，ε为通过卸载曲线拟合得到的参数，代表势能曲线的最低点，反映分子之间吸引势的绝对值；D为纳米压痕测试所用平压头的直径；把卸载曲线拟合得到的参数代入上式即得到材料韧性参数的数值。 3.根据权利要求1所述的材料强度、韧性和弹性的测算方法，其特征在于，步骤（3）中，所述卸载曲线中，表征材料强度的公式为：式中，Fb为材料的单位面积结合力，ε为通过卸载曲线拟合得到的参数，代表分子之间势能曲线的最低点，反映分子之间吸引势的绝对值；D为纳米压痕测试所用平压头的直径；rm为卸载曲线拟合得到的参数，代表测量过程中所有参与形变有机材料在卸载后的平衡状态下的总厚度；把卸载曲线拟合得到的参数代入上式即得到材料强度参数的数值。 4.根据权利要求1所述的材料强度、韧性和弹性的测算方法，其特征在于，步骤（3）中，所述卸载曲线中，表征材料伸缩性能的公式为：式中，Lb为材料从平衡状态下拉伸到最大拉伸应力时所需要通过的位移；rm为卸载曲线拟合得到的参数，代表测量过程中所有参与形变有机材料在卸载后的平衡状态下的总厚度；把卸载曲线拟合得到的参数代入上式即得到材料伸缩性参数的数值。
所属类别：	发明专利