深度依赖弹性模量:点力下固体凹痕分析

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本文主要探讨了"固体中梯度弹性的压痕问题:点力作用下的应力与位移演化——Part I"。该研究发表于《固态结构》杂志第34卷第19期,1997年,由Elsevier Science Ltd.出版,刊载在Great Britain的Pergamon Press上。作者A.E. Giannakopoulos和S. Suresh来自美国麻省理工学院材料科学与工程系,他们在文中深入分析了当弹性基底的杨氏模量E随深度z变化时,由正常点力引起的压痕过程中的应力分布和位移响应。 研究假设除了深度依赖的特性外,材料是线性弹性和局部各向同性的。文章关注的重点在于两种不同情况下的解析解: 1. 幂律函数:首先,作者考虑了杨氏模量E随深度的简单幂律关系,即E = E0 * (z/z0)^k,其中0 < k < 1是一个无量纲指数。这种情况下,他们推导出了与Poission比(衡量材料横向应变对纵向应变的比值)v保持固定的闭合形式解。这种模型有助于理解随着深度增加,材料硬度的变化如何影响压痕过程的力学行为。 2. 其他特定函数:文章还探讨了E对z的其他预设函数形式,可能包括但不限于指数函数、对数函数或多项式等。通过这些函数,研究者探究了更广泛的材料梯度弹性对压痕现象的影响,旨在揭示不同梯度模式下材料响应的复杂性。 研究结果不仅提供了理论分析,还包含了数值计算的结果,两者相结合揭示了在实际工程和材料科学中,梯度弹性材料在受到点力压痕时的行为规律,这对于理解和设计具有深度依赖弹性的材料性能至关重要。这项工作对于理解材料微观结构对整体性能的影响以及开发新型复合材料有着重要的实践意义。