基于SHPB的动态纳米压痕实验设计

摘要

新材料、新工艺的研究与运用是促进科技发展的重要因素，纳米科学与技术的迅速发展，促使纳米级材料在信息电子、生物工程、医学、航天航空、国防等高新范畴得到了广泛的应用，为获得材料更好的性能，人们对材料性能的研究逐渐从宏观层面发展到微观层面，测试精度从毫米级别发展到微纳米级别。纳米压痕技术作为一种新测量材料特性的方法，被广泛应用于研究微米和纳米级材料的力学属性。现实应用中，工程材料所处的环境通常包含有高速撞击、爆炸、切削、高温和高应变率等特殊情况，这类载荷作用时间一般较短、冲击强度高，此时以往的压痕测试手段已经不实用，所以，研制开发能够对材料动态微观力学行为进行精确测试的仪器设备显得十分重要。
　　本文参考已有文献，基于霍普金森杆装置，结合纳米压痕试验原理，自行设计了一套动态纳米压痕试验装置，主要包含撞击杆、入射杆、动力装置、压头的设计。然后应用有限元软件对试验过程进行了数值模拟，撞击速度分别设定为20m/s、30m/s和40m/s。对无氧铜在试验过程中得出的应力云图、应变云图、荷载-压深、应力-应变等曲线进行了分析，研究了材料力学性能的变化规律；通过对试验过程进行模拟，验证了所设计试验装置的可行性；比较了无氧铜在不同撞击速度下的荷载-压深曲线和应力-应变曲线。