不同晶粒形状材料力学性能的研究

摘要

采用有限元的方法来模拟纳米压痕实验的加、卸载过程,采用的是简化的二维模型,有限元模型考虑了纳米压痕的标准Berkovich压头,介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式.从所得到的载荷与压入深度的关系曲线,以及由此计算而得到的硬度-位移曲线等为依据,对在纳米压痕测试过程中,不同的晶粒截面形状以及截面面积对整体材料的力学性能的影响进行了分析讨论.研究表明,在晶粒截面面积相等的情况下,当纳米压痕实验压入相同的深度时,晶粒的截面形状为矩形的材料的硬度高于晶粒的截面形状为三角形的材料的硬度,而且,当晶粒的截面形状相同的情况下,整体材料的硬度与晶粒截面面积存在一种近似的正比例关系.这种研究结果说明,即使在材料相同的情况下,如果晶粒的截面形状不同,由于力学传递关系的不同,仍然能够使得薄膜具有不同的宏观力学性能.