半球形力学模型的平头压入材料弹塑性特征

基于半球形力学模型,对圆柱形平头压头下方典型材料尼龙12(PA12)弹塑性区域的力学行为进行了研究。压入过程中随着压入深度增大,半球形区域弹性和塑性边界半径与压头半径之比随之增大,但压深到一定值后增大趋势不再显著,压入深度对压入弹塑性区域的影响仅局限于距离压头中心较小的区域内。研究推导出了在压入过程中受压入影响的材料弹性和弹塑性变形区域半径的计算公式,并指出当在材料从塑性屈服开始到出现明显凸起时,该力学模型方可较好反映压入过程中材料弹性和弹塑性变形区域的应力应变特征。

圆柱平压头压电陶瓷压痕过程中接触应力和电场的奇异性

采用有限元方法,针对横观各向同性压电材料进行轴对称纳米压痕的机电耦合响应数值仿真。结果表明:当压入过程中不施加预设电压,压痕载荷与压痕位移之间呈线性关系;导电压头上电势与压痕位移也呈现相似关系,压头边缘附近的接触应力和电场存在奇异性,且二者均随压头下固体厚度呈指数变化。通过对不同压痕深度和材料厚度下,从压头内部到接触边缘向应力、法向电势和切向电势分布情况的拟合公式得到了不同压电材料厚度下电场和应力场的奇异常数,并对其变化规律进行了分析。