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论用压痕测量弹塑性性能的唯一性
压痕被广泛用于测量材料的力学性能，如硬度、弹性模量和断裂韧性(针对脆性材料)。可以使用压痕直接从测量的力-位移曲线中提取材料的弹塑性性能吗?或者简单地说，是否有可能从相应的压痕载荷-位移曲线中得到材料的应力-应变曲线?在JMPS即将发表的一篇题为论用压痕测量弹塑性性能的唯一性:难以区分的神秘材料，"和他在哥伦比亚大学和日本国防学院的同事们展示了“神秘材料”的存在，这种材料具有独特的弹塑性特性，但即使压痕角度在很大范围内变化，它们也会产生几乎相同的压痕行为。因此，除非使用极端的(通常是不切实际的)压痕角度，否则许多现有的压痕分析无法区分这些神秘的材料。作者已经建立了推导这些神秘材料的明确程序。在许多情况下，对于给定的压头角度范围，一种材料将具有无限数量的神秘兄弟，并且也获得了神秘材料的存在映射。此外，他们提出了两种替代技术来有效地区分这些神秘的材料。本文的研究解决了压痕试验的唯一性这一重要问题，并为正确使用压痕技术测量材料弹塑性性能提供了有益的指导。
评论
谢谢你对我们的工作感兴趣
小东,
谢谢你对我们的工作感兴趣。你可能会同意，在缩进机制中有许多未解决的问题，这个领域还远远没有饱和。神秘材料只是其中一个例子，你们小组在缩进领域也做了不少有趣的工作。我们在这篇文章中首次报道了神秘物质的概念帖子我很高万博manbetx平台兴看到其他的机械师跟进。万博体育平台
西
纳米压痕在纳米力学中应该有更多的应用
我很高兴看到你的论文激发了更多关于纳米压痕及其应用的讨论。特别是在你的论文中，我看到了力学和材料科学之间的联系(我个人喜欢这样的论文)。我希望看到更多关于纳米压痕的论文来自你的小组和我们社区的其他小组。希望有一天，在纳米压痕技术的帮助下，人们可以通过一条压痕载荷-位移曲线来测量几乎所有的性能。我期待着那一天的到来。
粘弹性材料表现出类似的行为吗?
西
神奇的纸。我相信缩进社区会对这个发现非常感兴趣。
我的工作是粘弹性材料压痕试验的反有限元分析。我想过唯一性问题，但没有头绪。在一个简单的粘弹性模型(比如开尔文模型)中，有三个未知参数:E、粘度eta和泊松比v。
对此有何评论?
开封
你在实验中测量什么?
开封,
谢谢你！你能不能更具体一点，关于你在实验中测量什么，例如，连续的力-位移关系，或者你在最大负载下保持，等等?这个问题实际上取决于你能测量多少真正独立的压痕变量，以及未知的材料特性。
西
压痕深度-力实验
西
我用的是典型的hyysron纳米压头。所以实际测量的变量是载荷和位移。为了研究粘弹性效应，使用了蠕变式荷载函数(最大保持时间约为10s)。负载)。这有帮助吗?
开封
这取决于你使用的粘弹性材料的型号
开封,
如果你使用开尔文模型，它不能应用于恒定应变下的应力松弛(即保持)。如果您使用其他模型，材料参数的数量将会更多。根据我的直觉，在恒定的加载速率和保持下，用一个简单的测试来唯一地解决所有这些材料参数是很困难的，可能你需要在其他速率和循环加载下进行测量，和/或使用非常不同的压头几何形状。目前我们在粘弹性压痕问题上还没有太多的经验。对这个问题进行更详细的调查应该是有趣的，我们小组将来可能会考虑这个问题。
西
粘弹性压痕
我们的团队在粘弹性压痕问题方面有丰富的背景和经验，并且在这个问题上有相当大的和快速增长的文献。我的网站上有一些背景资料在这里和在iMechanica的其万博manbetx平台他地方．
实际上，开尔文模型几乎从未用于这类问题。同样，麦克斯韦(系列弹簧和减震器)在实际中也不用于固体缩进。即使在相对较短的实验时间内，也可以看到更复杂的行为，而简单的模型虽然是粘弹性基础物理的良好教学工具，但实际上却毫无用处。
最简单实用的实体模型是具有三个参数(两个弹簧常数和一个阻尼器系数)的“标准线性实体”，尽管许多实际实验需要更复杂的模型，而且函数是几个经验指数衰减项的和，这些项不容易映射到简单的弹簧和阻尼器思想上。
实际上，在压痕蠕变或松弛条件下，求解5或7个参数的粘弹性函数实际上很容易，因为你看到的行为非常清楚地描绘了短时间和长时间响应。这是绝对正确的，如上所述，以恒定的速度进行测试会变得更加困难，尽管我已经研究了这个问题一些。菲尔。杂志。2006)。然而，一般来说，不仅仅是在压痕条件下，你会发现在实验上有很好的理由强调恒载荷(应力)或恒位移(应变)测试，以最灵敏地探测粘弹性行为，而恒速率测试更适合于强调弹性响应。
(如果你有更具体的问题，直接问;我的档案里大概有100篇论文，包括我自己的10篇关于这个主题的论文——近年来关于粘弹性压痕的主题已经说了很多。)
如何确定选择哪种型号?
Michelle，虽然我们小组已经发表了二十多篇关于压痕力学的论文，但我们还没有触及粘弹性的话题。我有一个简单的问题要问你，哪个模型(例如，有多少弹簧和减震器，或者有多少参数)在实践中更广泛使用?对于金属，我们通常使用幂律硬化模型，但对于粘弹性材料，如果你得到一条实验曲线，你如何确定应该使用哪种模型(以及多少个参数)来描述它的压痕行为?
这也与你的方法的唯一性有关:有5-7个参数(或者有时你甚至不知道你应该用多少参数来描述粘弹性模型)，你怎么能确定你的数值解是唯一的?
粘弹性模型选择
对于粘弹性模型的选择，确实没有硬性的规则，但是有一些您可以记住的指导方针。大多数使用指数衰减函数作为蠕变或松弛函数的经验方法可以被认为是合理地解释每十年一个时间常数的行为。它们是多个时间常数函数，在大多数情况下与单个弹簧或阻尼器系数没有有用的联系。
就任何特定的实验数据集需要多少时间常数而言:在实验本身中有两个真实的时间尺度:(1)达到峰值负载或位移所需的时间(假设具有有限斜坡或上升时间的蠕变或松弛的保持型测试，因为真正的实验不涉及具有Heaviside阶跃函数能力的神奇机器)和(2)保持时间的长度，在此期间您正在测量与时间相关的响应。这两个时间尺度将指导您了解实验中的基本时间是什么，从而您可以合理地期望在任何特定实验中“体验”多少时间常数。例如，如果你做一个持续几分钟的实验，斜坡时间是几秒，大约2-3个时间常数是正确的(几分钟除以几秒等于60，接近10^2)。对于一个几个小时的实验，斜坡时间是几秒，你会接近10^4,4-5个时间常数是一个很好的猜测。这些都是很好的“经验法则”指导方针，但当然，要做的是让实验指导你。如果你选择的函数不适合数据，那么你需要重新考虑你的函数!!
就唯一性问题而言，我们需要重新思考粘弹性材料分析是怎么做的。我们使用的这些类型的求和指数函数在数学上是方便的，它们的主要用途是描述观察到的响应，也许，更好的是，能够预测不同应用负载条件下的响应(需要注意的是，你的预测仅限于与你在实验中观察到的相似的时间尺度;超出实验时间框架的外推几乎没有任何好处)。
因此，这里的想法并不是通过一次测试来唯一地识别粘弹性材料的“本构”响应，这些不一定是传统意义上的材料性能测量。
在这种情况下，停下来理清你在做什么以及为什么要这样做是很关键的。你递给我一块粘弹性材料。你说你想让我通过压痕来测量它的机械性能。真的，为了建立处理这堆材料的最佳实践机制，在开始之前我需要更多的信息!
材料参数辨识的进一步参考
开封,
我想以下N. Huber的文章可能会对你有所帮助
1.Tyulyukovskiy E,Huber N
基于神经网络的大块金属和金属薄膜球形压痕曲线尖端校正
固体力学与物理学报55 (2):391-418 feb 2007
2.Huber N，季柳科夫斯基E，克拉夫特O
基于纳米压痕的金属薄膜应力-应变特性分析
哲学杂志86(33-35):5505-5519 2006年11月- 12月
3.Tyulyukovskiy E,Huber N
从球形压痕数据中识别粘塑性材料参数:第一部分:神经网络
材料学报，21 (3):664-676,2006
4.刘建军，刘建军，刘建军，等。
从球形压痕数据中识别粘塑性材料参数:第2部分。实验验证了该方法
材料研究，21 (3):677-684,2006
5.Huber N季柳科夫斯基E
用球形压痕法鉴定粘塑性特性的新加载历史
材料研究19 (1):101-113 jan 2004
6.Huber N，聂卫东，高辉
薄膜锥体压痕弹塑性材料参数的识别
伦敦皇家学会学报系列a -数学物理与工程科学458(2023):1593-1620 2002年7月8日
V. Hegadekatte，德国卡尔斯鲁厄大学
在他的论文中很难得到唯一解
史,
对于你提到的第一篇论文(JMPS)，如果我的理解是正确的，你只缩进到h/R高达0.08(根据Huber JMPS论文的4.1)，将很难区分大块材料上的P-h曲线和球形压痕。正如我们前面讨论的JMPS论文图12所示，要通过球形压痕有效区分神秘材料，我们需要更深的穿透h/R=0.3。当然，有人可能会争辩说，微小的差异可能发生在非常小的h/R，但在我看来，这些对实际实验中的小扰动太敏感了。此外，我们怀疑浅球形压痕(例如Huber的JMPS论文)不会很好地工作，因为这对应于一个小范围的有效尖锐压痕角度，我们表明我们可以明确地推导出神秘的材料。如果你感兴趣，我们总能找到更好的反例。
我还注意到，在你列出的Huber论文中(到目前为止，我只看了那些没有粘塑性效应的论文)，逆分析的唯一性从未被讨论过。
你的评论
我会把你的意见转达给Huber教授。
V. Hegadekatte，德国卡尔斯鲁厄大学
强调异质性
我的猜测是，在压痕过程中测量的力是压痕下大范围应力的净结果，我们可以在本构关系中有无限多的变化，可以给出相同的净力。我对大应变粘弹性材料的经验是，大应变下的应力-应变关系部分特别难以获得，可能是因为只有一小部分材料实际上达到了这些应力。
话虽如此，其他科学家建议使用尽可能多的测试数据(例如两个压头)，这对于弹塑性材料来说并不不方便，但对于速率和应变依赖以及非均质材料来说，这有点麻烦。
关键是两个缩进不能很好地工作
这是我们在这里讨论的论文的主要发现。许多人认为，基于量纲分析，多个压头的解决方案应该是唯一的，但事实并非如此——当然，我们没有讨论应变率、非均质材料和非幂律材料的影响。即使对于最简单的均质、各向同性、幂律材料和准静态载荷，双压头法也不能很好地工作，因此当这些被忽略的因素可能很重要时，双压头法不能在实践中使用。同样，球形压痕和薄膜压痕也会受到影响，如果实验不仔细进行，解决方案可能不是唯一的，详见我们的论文。
nano-indentation测试
我从这个关于缩进测试的讨论中获益良多。
我在我的教学“工程实验室材料”中放了一个链接(http://万博manbetx平台m.limpotrade.com/node/1061#comment-2531)到这个博客。