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单晶材料纳米压痕压头尺寸效应的多尺度模拟

Multiscale simulation of indenter size effect of nanoindentation in single crystal materials

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杨增杰,王振清

(哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院)

摘要:为研究纳米压痕的压头尺寸效应,采用分离式拟质点多尺度方法对多种单晶材料(铜、铝和银)的纳米压痕问题进行研究。研究表明,对于不同的压头宽度,三种材料的荷载-位移响应曲线均表现出明显的差异性。压头的宽度越大,弹性阶段的曲线斜率就越大,材料发生塑性变形的临界载荷及其对应的临界压头位移也越大,发生位错形核的时间也越晚。材料出现塑性变形之后,其荷载值将开始下降,材料出现位错形核。金属铜薄膜和金属铝薄膜的载荷-位移曲线只经历了一次降低过程,而金属银薄膜则呈现出多次起伏变化。

关键词:固体力学;多尺度模拟;单晶材料;纳米压痕;尺寸效应

该论文对三种金属:铜、铝、银的晶体薄膜的尺寸效应采用分离式拟质点多尺度方法进行模拟分析,得到四种压头宽度下的载荷-位移曲线。结果表明,对于不同压头宽度,三种材料的载荷-位移曲线具有明显差异。压头宽度愈大,曲线初始弹性阶段的斜率也愈大,压头加载愈难。压头宽度愈大,材料首次发生弹塑性变形的临界载荷愈大,其对应的临界压头位移也愈大,发生位错形核时间也愈迟。所得结论对相关研究具有一定参考价值,推荐为年度优秀论文。

综合指数: 60

推荐指数:83
关注指数:80
动态指数:10

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