微/納米力學測試技術：儀器化壓入的測量、分析、應用及其標準化（簡體書）
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儀器化壓人測試是一種重要的微／納米力學試驗 技術。張泰華編著的《微\納米力學測試技術--儀器 化壓入的測量分析應用及其標準化(精)》取材于該 技術的最新進展與作者十余年來研究的成果和經驗， 力求系統介紹其研 究狀況和發展趨勢。
《微\納米力學測試技術--儀器化壓入的測量分 析應用及其標準化(精)》內容分五篇，共21章。第一 篇為緒論部分，列舉材料力學性能 的基本參量和功能指標，介紹典型的力學測試技術及 其對比分析。第二 篇為壓入測量部分，介紹儀器化壓入的測量原理、測 量儀器、校準檢驗、 測量環節和影響因素。第三篇為方法分析部分，介紹 壓人分析的基礎理 論，探討壓入硬度和有關彈性、塑性、斷裂、黏彈參 數識別的分析方法。
第四篇為典型應用部分，簡要介紹各種測試功能，案 例分析該技術在表 面工程、先進材料、生物材料、微機電系統等方面力 學測試和性能評價 中的應用。第二篇至第四篇是本書的重點。第五篇為 標準化部分，比對 不同實驗室之間的納米壓入測試結果，介紹標準研究 進展情況。最后， 給出術語漢英對照及其定義、常用符號表和索引。
本書適合從事微／納米力學研究與應用的科研和 技術人員使用參考， 也適合力學、材料、物理等相關專業的教師、研究生 和本科生閱讀參考。
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目次
前言
第一篇 緒 論
第1章材料力學性能及其表征
1.1材料力學性能的基本參量
1.1.1金屬材料的彈塑性參量和蠕變參量
1.1.2陶瓷材料的斷裂參量
1.1.3高聚物材料的黏彈參量
1.2材料壓入的功能指標和力學響應
1.2.1硬度
1.2.2力學響應
參考文獻
第2章 力學測試技術
2.1力學量的分類
2.2典型儀器設備
2.2.1傳統材料試驗機
2.2.2傳統硬度計
2.2.3儀器化壓入儀
2.3對比分析
2.3.1傳統材料試驗機和傳統硬度計
2.3.2納米壓入儀和顯微硬度計
2.3.3壓入儀和傳統材料試驗機
2.3.4儀器設備的綜合對比
2.3.5維氏硬度和壓入硬度
2.4壓入技術的發展、特點和要求
2.4.1儀器化壓入技術的發展
2.4.2納米壓入技術的特點
2.4.3儀器化壓入技術的內容和要求
參考文獻
第二篇壓入測量
第3章測量原理
3.1納米壓入儀的基本結構
3.2納米壓入儀的力學響應
3.2.1系統響應的力學模型
3.2.2載荷一深度曲線的測量
3.3測量參量
3.3.1壓入載荷和深度
3.3.2壓入總功和卸載功
3.3.3接觸剛度
3.3.4馬氏硬度
3.3.5壓入蠕變率
3.3.6壓入松弛率
3.4連續剛度測量
參考文獻
第4章測量儀器
4.1壓入儀器的分類和發展
4.1.1納米壓入儀
4.1.2宏觀壓入儀
4.1.3儀器設計的基本要素
4.1.4測量儀器的發展趨勢
4.2壓頭的結構、類型和選取
4.2.1壓頭結構
4.2.2維氏壓頭
4.2.3玻氏壓頭
4.2.4立方角壓頭
4.2.5努氏壓頭
4.2.6圓錐壓頭
4.2.7球形壓頭
4.2.8楔形壓頭
4.2.9壓頭選取的考慮因素
4.3開發材料試驗機宏觀壓入功能的實例
4.3.1測量系統的設計
4.3.2儀器的校準和檢驗
4.3.3試驗結果和校核
參考文獻
第5章校準檢驗
5.1直接校準和檢驗
5.1.1載荷測量裝置校準
5.1.2位移測量裝置校準
5.1.3壓頭的要求和檢驗
5.1.4儀器柔度校準
5.1.5壓頭面積函數校準
5.1.6儀器狀態檢驗
5.2間接檢驗
5.2.1儀器重復性
5.2.2儀器誤差
5.3常規檢查
5.4參考樣品
5.4.1材料選擇
5.4.2樣品加工
5.5納米壓入儀測試和校準的實例
參考文獻
第6章測量環節
6.1試驗準備
6.1.1試樣尺寸
6.1.2表面加工
6.1.3試樣安裝
6.1.4壓頭檢查
6.2環境控制
6.2.1溫度波動
6.2.2地表振動
6.3表面探測
6.4驅動選擇
6.5參數設定
6.5.1測試數量
6.5.2壓入間距
6.5.3壓入深度
6.5.4泊松比選擇
6.6數據處理
6.7測試流程
參考文獻
第7章影響因素
7.1測量儀器的影響
7.1.1壓頭鈍化
7.1.2接觸零點確定
7.1.3測量分辨能力
7.2試樣表面的影響
7.2.1表面粗糙度
7.2.2拋光工藝
7.2.3壓入凹陷和凸起變形
7.2.4表面吸濕
7.3測試環境的影響
7.4壓入位置的影響
7.4.1壓入影響區的有限元模擬
7.4.2邊界距離影響的有限元模擬
7.4.3壓入間距影響的實驗驗證
7.5納米壓入技術面臨的問題
參考文獻
第三篇方法分析
第8章分析原理
8.1壓入問題的基本假設
8.2分析模型和適用范圍
8.2.1自相似理論
8.2.2彈性壓入變形場的基本關系
8.2.3彈塑性壓入變形場的基本關系
8.2.4特征應變關系
8.2.5適用范圍
參考文獻
第9章壓入能量標度關系
9.1壓入能量標度關系的發現
9.2壓入能量標度關系的實驗驗證
……
第四篇 典型應用
第五篇標準化
書摘/試閱
綜上所述，本分析方法的預測結果對彈性模量誤差的敏感性最低。在對E引入±4％的誤差后，屈服應力的偏差可以控制在15％以內，硬化指數的偏差可以控制在0.04以內。對壓入總功的敏感性，介于彈性模量和Meyer系數之間。
本分析方法對彈性模量的誤差不敏感，有利于其向測試方法的轉化。因為壓入總功和Meyer系數為壓入可測參量，且易精確測定。而彈性模量則是間接可測參量，需要通過查詢材料手冊估值，或利用其他方法輔助測試，例如，Oliver—Pharr方法。相比于其他兩個可測參量，彈性模量的取值偏差可能更大，因此需要本分析方法對彈性模量取值偏差有較好的穩定性。
11.2.6方法可靠性的實驗驗證
為了確認本分析方法的可靠性，選用十種常用的典型金屬材料，分別進行單軸拉伸試驗和儀器化壓入試驗，以常用的拉伸試驗結果作為約定真值，對比驗證球壓入分析方法的處理結果，直觀地體現本分析方法在實際工況下的工作性能。
眾所周知，線彈冪硬化本構關系能夠較好地反映大多數金屬及其合金材料的單軸拉伸力學特性。對比試驗選用常見的不同性能的金屬材料：純鐵DT4（IronDT4）、鋼IF（Steel IF）、鋼Q235A（Steel Gr.D）、鋼S45C（Steel 1045）、硬鋁LYl2（Al2024）、鋁合金Al5083（Al 5083）、鋁合金Al7075（Al 7075）、黃銅H62（Brass C28000）、紫銅T2（Copper C11000）、鈦合金TC4（Ti Grade5）。括號內為相應材料的國際牌號，確保驗證范圍能覆蓋大部常見金屬材料的力學性能，具體參見表11.3。
試驗對比驗證工作主要分為三部分：①進行單軸拉伸試驗，由測試的應力應變曲線，確定出相應的主要力學參數，以此作為對比研究的約定真值；②進行納米壓入試驗，由測量的載荷一深度曲線，確定出壓入總功和Meyer系數，再利用本分析方法識別塑性參數；③對比約定真值，考查本方法的工作性能。
1.單軸拉伸試驗
試樣加工。按照國標GB／T 228——2002的要求，采用線切割方式加工試樣，平行段截面尺寸為5mm×5mm，長度為40mm；試樣夾持部分與平行段間的導角半徑為12mm，參見圖11.14（a）；磨制線切割加工后的樣品，直至表面有金屬光澤，以保證其表面粗糙度低于3.2μm。對于每種材料，分別加工三個試樣。
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