Ti—Si—N超硬复合表面纳米压痕测量过程的有限元仿真.pdfVIP

Ti—si—N超硬复合表面纳米压痕测量过程的有限元仿真／刘学杰等 ·73 · Ti—Si-N超硬复合表面纳米压痕测量过程的有限元仿真 刘学杰，马琴芳，董海宽，孙士阳，任 元，冯秀娟 (内蒙古科技大学机械工程学院，包头 014010) 摘要 为 了深入了解TI-Si-N纳米复合表面的力学性能，尝试采用有限元方法对纳米压痕测量的加一卸载过程 进行了模拟。详细介绍了该三维有限元仿真过程的各个细节，包括对标准Berkovich压头的建模和相关参数的确定， 以及对Ti—Si—N表面模型边界条件、压头与表面接触方式和加一卸载方式的处理。采用有限元的非线性算法对一个 Ti—sN表面纳米压痕测量的实验 曲线进行了拟合。通过有限元仿真得到了Ti-Si-N样品的屈服极限和应力一应变关 系。该研究表明，采用有限元仿真与纳米压痕测量相结合是研究纳米复合表面非线性塑性性能的有效方式。 关键词 纳米压痕 有限元仿真 屈服极限 载荷一位移曲线 中图分类号：TB333 文献标识码：A TheSimulationofNano-indentationProcessonTi-Si-N SuperhardCompositeCoatingswithFEM LIUXuejie，MAQinfang，DONGHaikuai，SUN Shiyang，RENYuan，FENGXiujuan (SchoolofMechanicalEngineering，InnerMongoliaUniversityofSc ienceandTechnology，Baotou014010) Abstract InordertoobtaintheelasticandplasticpropertiesofTi—Si—N nano-compositecoatings，theload—un一 1oadprocessofnano-indentationtesthasbeensimulatedwiththree-dimensionalfiniteelementmode1．Alldetailsofthe FEM simulationarediscussed，includingthemodelingofthestandardBerkovichindenterandthedeterminationofits parameters，theboundaryconditionsofTi-Si—N coating，thecontactmodebetweentheindenterandthecoating，and theloadingandunloadingmode．Thenon-linearfiniteelementcalculationsareconductedtOfittheindentationexperi— mentcurveofaTi-Si—N compositecoating．ThroughtheseFEM simulations．theyieldstressandthestress—strain curveoftheTi_Si_N sampleareobtained．ItindicatesthatthecombinationofFEM simulationandnano-indentation testisanefficientwaytoinvestigatethenonlinearplasticpropertiesofcoatings． Keywords nano-indentation，FEM simulation，yieldstress，load—displacementcurves 对测量的影响、硬度与塑性阻尼的比率[5]。本课题组采用有 0 引言 限元方法模拟压痕测量的加一卸载过程是希望找到更多关于 20世纪 9