Pile-up现象对材料本构关系反演计算的影响

针对商用纳米压痕测试中忽略凸起（Pile-up）现象的问题，开展了Pile-up现象对材料力学参数和本构反演计算结果影响的研究。推导能量法理论，选取5种不同材料进行了纳米压痕测试，利用商用Oliver-Pharr（O-P）法和能量法分别进行硬度和弹性模量计算，并比较测试误差率。推导极限分析法理论并进行反演计算，得到考虑材料Pile-up现象的应力应变曲线，并根据计算结果对纳米压痕过程进行仿真。结果表明：当纳米压痕测试中压痕残余深度与压入深度比值大于0.7时，Pile-up现象对商用O-P法测试影响明显，弹性模量和硬度值误差率达到20%以上；对发生塑性变形较大材料进行本构关系反演计算时，理论计算值和数值模拟结果均证明了Pile-up现象对应力应变曲线计算有一定的影响。研究结果可为纳米压痕测试本构关系的反演计算方法提供参考。