附件C：譯文

鋁材微壓痕有限元模擬

我們采用三維有限元分析（FEA）技術對6061-T6型鋁的Vicheers壓痕進行建模。先假定兩種不同的加工硬化現象，然后將結果與由靜態(tài)微壓機及可記錄載荷與深度的微壓機所形成的實際壓痕進行比較。鋁的硬度和塑性流動現象很好地驗證了有限元模型，并且暗示當壓應變超過0.09mm時，鋁材加工硬化的現象將減少。在使用Sneddon法對一個施加了剛性軸對稱彈性半空間壓痕卸載后的結果進行分析時，其結果證明，Sneddon法在這種情況下是有效的。這也意味著Bolshakov和Pharr所改進的Sneddon法（使用了一個圓錐形壓頭）不能直接用于解決Vichers壓痕的問題。
1. 導言
在過去15年里，人們對載荷和深度敏感微壓痕的理解，及材料性能納米測試技術，都取得了很大的進步。這很大程度上得益于更先進的分析方法，以及有限元法在彈性材料性能分析方面的應用。
傳統的硬度測試（比如Vickers硬度測試）已應用于硬度這一材料性能的簡單測量中。這種測試可以用于比較不同材料的性能，以及質量控制。必須承認，Vickers硬度并不是一個有明確定義的材料性質，但卻是一個有重要作用的材料基本特性。比如彈性模量、泊松比、屈服應力、應變硬化及時效塑性。對于某些材料的其它一些性能，比如表面能、斷裂韌性、相變、晶體結構各向異性和晶粒尺寸也應該考慮到。所有這些因素的總和可簡稱為“VHN”，可得到一個結論，通過壓痕試驗反過來推斷材料的性能是不現實的。
載荷及深度傳感微壓機（動態(tài)微壓機）相對于傳統的靜態(tài)微壓機是個很大的改進。檢測受壓變形中載荷及深度，需要額外考慮到硬度條件。如果選用合適的公式，根據這些條件就可以測算出材料的基本性能。不幸的是，這個問題因為材料壓縮過程中所產生的復雜不均勻變形而復雜化。
直到最近，對這類型問題的分析還很大程度上采用半經驗公式或近似解析法。Tabor進行了一些早期的研究[1]。他研究了金屬的圓錐形壓痕。幾乎在同一時期，Hill[2]也同樣研究了理想完全彈性材料（彈性模量無限大）
=constant （1）
其中， 表示Vickers硬度； 表示彈性屈服應力。然而這個關系式對于高彈性材料或有應變硬化的材料不適應。Hirst和Howse的研究結果使這個問題得到了擴展[3]，他們把這個描述為楔形壓
（2）
其中A、B為常數，E表示楊氏模量。
Johnson[4]擴展了Tobor的研究，并總結出如下公式