目录丛书序前言第一篇 绪论第1章 材料力学性能及其表征 31.1 材料力学性能的基本参量 31.1.1 金属材料的弹塑性参量和蠕变参量 31.1.2 陶瓷材料的断裂参量 41.1.3 高聚物材料的黏弹参量 51.2 材料压入的功能指标和力学响应 61.2.1 硬度 61.2.2 力学响应 7参考文献 10第2章 力学测试技术 122.1 力学量的分类 122.2 典型仪器设备 132.2.1 传统材料试验机 132.2.2 传统硬度计 132.2.3 仪器化压入仪 152.3 对比分析 162.3.1 传统材料试验机和传统硬度计 162.3.2 纳米压入仪和显微硬度计 162.3.3 压入仪和传统材料试验机 172.3.4 仪器设备的综合对比 172.3.5 维氏硬度和压入硬度 202.4 压入技术的发展、特点和要求 212.4.1 仪器化压入技术的发展 212.4.2 纳米压入技术的特点 222.4.3 仪器化压入技术的内容和要求 23参考文献 24第二篇 压入测量第3章 测量原理 293.1 纳米压入仪的基本结构 293.2 纳米压入仪的力学响应 303.2.1 系统响应的力学模型 303.2.2 载荷-深度曲线的测量 323.3 测量参量 333.3.1 压入载荷和深度 333.3.2 压入总功和卸载功 333.3.3 接触刚度 343.3.4 马氏硬度 343.3.5 压入蠕变率 353.3.6 压入松弛率 353.4 连续刚度测量 36参考文献 38第4章 测量仪器 394.1 压入仪器的分类和发展 394.1.1 纳米压入仪 394.1.2 宏观压入仪 404.1.3 仪器设计的基本要素 404.1.4 测量仪器的发展趋势 424.2 压头的结构、类型和选取 434.2.1 压头结构 434.2.2 维氏压头 444.2.3 玻氏压头 454.2.4 立方角压头 464.2.5 努氏压头 474.2.6 圆锥压头 474.2.7 球形压头 484.2.8 楔形压头 484.2.9 压头选取的考虑因素 494.3 开发材料试验机宏观压入功能的实例 504.3.1 测量系统的设计 504.3.2 仪器的校准和检验 514.3.3 试验结果和校核 53参考文献 55第5章 校准检验 575.1 直接校准和检验 575.1.1 载荷测量装置校准 575.1.2 位移测量装置校准 575.1.3 压头的要求和检验 585.1.4 仪器柔度校准 585.1.5 压头面积函数校准 615.1.6 仪器状态检验 665.2 间接检验 665.2.1 仪器重复性 665.2.2 仪器误差 675.3 常规检查 675.4 参考样品 675.4.1 材料选择 685.4.2 样品加工 685.5 纳米压入仪测试和校准的实例 69参考文献 74第6章 测量环节 756.1 试验准备 756.1.1 试样尺寸 756.1.2 表面加工 756.1.3 试样安装 766.1.4 压头检查 766.2 环境控制 766.2.1 温度波动 766.2.2 地表振动 776.3 表面探测 776.4 驱动选择 786.5 参数设定 796.5.1 测试数量 796.5.2 压入间距 806.5.3 压入深度 806.5.4 泊松比选择 806.6 数据处理 816.7 测试流程 81参考文献 82第7章 影响因素 847.1 测量仪器的影响 847.1.1 压头钝化 847.1.2 接触零点确定 907.1.3 测量分辨能力 927.2 试样表面的影响 947.2.1 表面粗糙度 947.2.2 抛光工艺 957.2.3 压入凹陷和凸起变形 967.2.4 表面吸湿 997.3 测试环境的影响 997.4 压入位置的影响 1017.4.1 压入影响区的有限元模拟 1017.4.2 边界距离影响的有限元模拟 1037.4.3 压入间距影响的实验验证 1047.5 纳米压入技术面临的问题 105参考文献 107第三篇 方法分析第8章 分析原理 1118.1 压入问题的基本假设 1118.2 分析模型和适用范围 1128.2.1 自相似理论 1128.2.2 弹性压入变形场的基本关系 1148.2.3 弹塑性压入变形场的基本关系 1158.2.4 特征应变关系 1168.2.5 适用范围 118参考文献 118第9章 压入能量标度关系 1209.1 压入能量标度关系的发现 1209.2 压入能量标度关系的实验验证 1229.3 压入能量标度关系的理论推导 1239.3.1 球对称假设下基本方程的化简和求解 1239.3.2 线弹性和理想弹塑性材料的压入能量标度关系 1279.3.3 可压缩硬化材料的压入能量标度关系 1299.4 ISO14577-1:2002中压入功定义的误导 1329.5 特征应变的物理含义 134参考文献 135第10章 压入硬度和弹性模量 13710.1 三种典型的分析方法 13710.1.1 接触刚度-接触深度方法 13710.1.2 压入能量-接触刚度方法 14310.1.3 纯压入能量方法 14410.2 三种分析方法的对比 14510.2.1 有限元模拟评估分析方法的准确性 14510.2.2 误差分析探讨分析方法的稳定性 15010.2.3 传统实验和压入实验的对比确认 15110.2.4 三种分析方法的特点及其与测试方法的关系 156参考文献 157第11章 屈服应变和幂硬化指数 16011.1 研究现状 16011.1.1 研究进展 16011.1.2 发展动态 16211.2 压入能量测试方法 16311.2.1 分析参量的选取 16411.2.2 压入总功与识别参量关系的建立 16711.2.3 Meyer 系数与识别参量关系的建立 17111.2.4 分析方法的建立和实施流程 17311.2.5 方法准确性和稳定性的数值检验 17411.2.6 方法可靠性的实验验证 178参考文献 189第12章 断裂韧度 19212.1 研究现状 19212.1.1 典型测试方法 19212.1.2 测试的合理性 19812.1.3 发展动态 19812.2 断裂韧度的压入能量测试方法 19912.2.1 测试原理 19912.2.2 能量标度关系的验证 20112.2.3 开裂的影响 20312.2.4 计算表达式的校准 20612.2.5 测试有效性的确认 20712.2.6 有效实验数据的判据 20712.2.7 能量测试方法的特点 211参考文献 212第13章 蠕变柔量 21513.1 研究现状 21513.1.1 线黏弹接触理论 21513.1.2 现有压入测试方法 21713.2 适用于卸载段的测试方法 21813.2.1 拓宽Lee-Radok解的适用范围 21813.2.2 三种蠕变柔量测试方法 22213.3 线黏弹塑压入测试方法 22513.3.1 修正的阶跃载荷方法 22613.3.2 新方法的试验验证 227参考文献 230第四篇 典型应用第14章 测试功能 23514.1 压入方式 23514.1.1 块体材料的压入硬度和模量 23514.1.2 薄膜材料的压入硬度和模量 23614.1.3 塑性参数 24014.1.4 断裂参数 24214.1.5 高聚物的黏弹参数 24214.1.6 金属材料的蠕变参数 24314.1.7 典型材料加卸载曲线涉及的部分现象 24414.2 划入方式 25014.2.1 块体材料的划入变形和摩擦系数 25114.2.2 薄膜材料的临界附着力和摩擦系数 25214.2.3 试样表面的粗糙度 25314.3 弯曲方式 25314.3.1 微悬臂梁静载弯曲 25414.3.2 微桥静载弯曲 25514.3.3 微悬臂梁动载弯曲 25514.4 压缩方式 25614.5 吸附方式 25714.6 监测技术——声发射测量 25714.7 环境因素——温度控制 258参考文献 258第15章 表面工程Ⅰ--------纳米薄膜 26215.1 不同基材DLC薄膜的纳米力学行为 26215.1.1 薄膜制备和测试方法 26315.1.2 纳米压入测试结果与分析 26315.1.3 纳米划入测试结果与分析 26615.2 不同基材对TiN薄膜纳米力学行为的影响 26915.2.1 纳米压入测试结果与分析 26915.2.2 纳米划入测试结果与分析 27015.3 典型膜基组合对薄膜力学行为的影响 27415.3.1 膜材不同 27415.3.2 基材不同 27515.3.3 工艺不同 277参考文献 277第16章 表面工程Ⅱ--------涂层和激光强化 27816.1 激光熔覆医用涂层的力学性能评定 27816.1.1 实验准备 27816.1.2 成分分析和显微观察 27916.1.3 纳米压入测试及其分析 28116.1.4 纳米划入测试及其分析 28216.2 激光强化球墨铸铁的力学性能评定 28516.2.1 实验准备 28516.2.2 纳米压入测试及其分析 285参考文献 290第17章 先进材料--------非晶合金 29117.1 不同非晶合金体系的压入变形行为 29117.1.1 试样制备及其热学性质 29117.1.2 显微压入的塑性变形行为 29217.1.3 宏观压入的塑性变形行为 29717.2 钕基非晶合金组分对压入变形行为的影响 30517.2.1 试样制备及其物理性能 30517.2.2 力学测试及其结果讨论 30717.3 锆基非晶合金的压入变形行为 31017.3.1 两种典型锆基非晶合金变形行为的对比 310
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