基于能量法的材料弹塑性能力分析

通过纳米压痕测试法探讨了碳纤维的弹塑性变形行为,得到了在0.5mN和2.5mN下的非线性载荷与位移曲线、最大压入深度hmax、压痕接触深度hc以及残留压痕深度hf,并计算了碳纤维的弹性回弹能力ζ和塑性变形能Eelastic。实验结果表明,碳纤维的弹性回弹量e随着载荷的增加而增加,但回弹能力ζ将随着载荷的增加而逐渐下降;塑性变形能Eelastic随着载荷的增加而增加,即材料的储存能量的能力随着载荷的增加而增加,而弹性能量恢复率η随着载荷的增加而减少,即材料释放能量的能力随着载荷的增加逐渐减少,对于碳纤维其弹性能量恢复率小于弹性回弹能力,即η<ζ。

碳纤维的纳米压痕行为

通过纳米压痕测试法探讨了碳纤维和基体材料的压入响应,获得了在各自载荷范围下的载荷和位移曲线,得到了在载荷作用下压痕参数即最大压入深度、接触深度和残留压痕深度,以及相应的硬度和接触弹性模量。研究结果表明,最大压入深度、接触深度和残留压痕深度均随载荷的增加而线性增加;而硬度、接触弹性模量随着载荷的增加而基本上保持稳定的值。当载荷继续增加至其所产生的压痕尺寸不足于周围区域的十分之一,所测得碳纤维的接触弹性模量较小,所测得的基体材料接触弹性模量较大,碳纤维的接触弹性模量与基体性能在较大载荷下存在较明显的依赖关系即基体效应。