《納米硬度測量中尺寸效應的來源和機理》是依託中國科學院力學研究所，由楊榮擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米硬度測量中尺寸效應的來源和機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：楊榮
- 依託單位：中國科學院力學研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
可靠測定和真實刻畫材料在納米尺度的力學行為是固體力學發展所面臨的嚴峻挑戰之一。它不僅要求精確的實驗技術，更涉及基本的力學機理和複雜的數值模擬，尤其涉及離散原子體系中的現象和連續介質力學框架如何銜接的前沿物理力學問題。本申請項目以實驗中發現的納米硬度隨壓入深度變化的尺寸效應為研究對象，一方面藉助連續介質力學和有限元方法，分析壓頭幾何形狀對測試誤差的影響，確定巨觀方法的適用下限，另一方面藉助微觀理論和拓寬分子模擬(MD/MST)的規模，分析材料內稟物理性質對納米硬度尺寸效應的影響。基於以上結果，通過正分析，闡明納米硬度尺寸效應的物理機理；通過反分析，發展從直接測量中提取可靠結果的分析方法。本研究不僅可深化對納米壓入測試原理的認識，完善該實驗技術；還可以融合固體力學和物理力學理論和模擬方法，推動新理論和模擬方法的發展。因此，本申請項目乃是納米力學的交叉性前沿焦點問題，具有重要的理論和實際意義。
結題摘要
本項目以實驗中發現的納米硬度隨壓入深度變化的尺寸效應為研究對象，一方面藉助連續介質力學和有限元方法，分析壓頭幾何形狀對測試誤差的影響，確定巨觀方法的適用下限，另一方面藉助微觀理論和拓寬分子模擬(MD/MST)的規模，分析材料內稟物理性質對納米硬度尺寸效應的影響。選取典型FCC結構的單晶銅，通過精細實驗和大規模分子模擬，獲得了可相互校核的可靠的淺壓入深度(小於100nm)的壓入硬度尺寸效應規律，硬度隨壓入深度的增加，呈現先增後減的趨勢；壓入硬度的峰值隨壓頭尖端半徑的增大而降低，而峰值對應的深度隨壓頭尖端半徑的增大而增大。通過對不同表面晶向和壓頭曲率半徑的實驗結果，結合考慮了表面晶向、表面粗糙度、表面層效應、壓頭曲率半徑、溫度的MD模擬，研究了各因素對壓入硬度的影響大小和範圍，闡明納米硬度尺寸效應的物理機理。通過本研究，將納米壓入的可靠性範圍拓展到了100nm以下，深化了納米壓入測試原理的認識，完善了該實驗技術；通過融合固體力學和物理力學理論和模擬方法，推動了新理論和模擬方法的發展。相應的壓入硬度研究結果，可以推廣到其他FCC材料，如銀、金、鎳等。
