文中以弹性模量仪器化压入测试方法的力学模型、传感器性能指标对测试结果的影响、数据处理方法对测试结果的影响为切入点,对三种仪器化压入测试方法进行分析比较.纯能量方法建立的力学模型准确地解释了仪器化压入过程,对测试传感器性能参数和数据处理方法的敏感程度较低,具有一定的鲁棒性.

针对两种仪器化压入仪和两种代表性压入测试方法：Oliver—Pharr方法和Ma方法，通过有限元数值模拟分析了仪器柔度标定误差对2种仪器和两种方法测试精度的影响。结果表明仪器柔度的标定精度直接影响压入测试结果的准确度，仪器柔度越小，测试精度越高；就测试方法而言，Ma方法具有比Oliver-Pharr方法更高的精度和更低的仪器柔度敏感性；对同一材料，压入深度越大，由仪器柔度标定误差引入的压入测试结果误差越大；当材料较硬且压入深度较大时仪器柔度的标定尤为重要，小量的标定误差导致测试结果严重偏离真值，甚至为负值。

文中以弹性模量仪器化压入测试方法的力学模型、传感器性能指标对测试结果的影响、数据处理方法对测试结果的影响为切入点,对三种仪器化压入测试方法进行分析比较。纯能量方法建立的力学模型准确地解释了仪器化压入过程,对测试传感器性能参数和数据处理方法的敏感程度较低,具有一定的鲁棒性。

在传统压入实验中引入压痕中边距与名义中边距之比,并利用量纲分析及有限元数值仿真方法确定Vickers压入硬度HV及压痕中边距与名义中边距之比与材料弹塑性参数间的无量纲函数关系,提出一种基于Vickers压痕的金属材料塑性参数压入测试方法。对已知弹性模量的金属材料,该方法可对应变硬化指数n、条件屈服强度σ0.2及强度极限σb进行测试,对4种金属材料的压入实验结果表明,该方法对金属材料塑性参数的测试精度满足工程需要,验证方法的有效性。

通过逐次加载扭矩的方法测试谐波齿轮传动装置扭转刚度，所获得的扭转刚度曲线揭示出了摩擦效应对其正反加、卸载测量值准确性的影响。对研究谐波齿轮传动刚度具有指导意义。

文中利用有限元数值分析方法对渐开线轮齿的啮合过程进行分析,结果表明轮齿在一对齿啮合过渡为两对齿啮合、两对齿啮合过渡为一对齿啮合过程中皆可导致瞬时传动比的突变。文中工作对于高速重载齿轮传动设计具有指导意义。

基于有限元数值分析模型对维氏压入过程中产生的压痕形貌进行仿真.以6061铝合金为例,对其有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长和压痕中心与边沿距离进行对比,结果表明,6061铝合金的有限元仿真压痕与实验测量压痕对角线半长和压痕中心与边沿距离差别分别为0.99％和-0.75％,且随着压头与材料间的摩擦因数由0变化至0.5,有限元仿真压痕与实验测量压痕的对角线半长和压痕中心与边沿距离差别分别变化为4.556％和8.891％.据此可知,材料维氏压入压痕形貌可由有限元数值仿真方法获得,从而解决了小载荷硬度测试情况下因压痕不够清晰导致的压痕形貌测量难题,为探索基于压痕形貌识别材料弹塑性参数的可能性提供技术基础.

利用有限元软件ABAQUS,结合仪器化压入识别材料弹性模量的Ma方法,分析了仪器化压入仿真中金刚石压头与被测材料接触面间摩擦因数对陶瓷材料弹性模量识别精度的影响。结果显示,对于两种典型陶瓷材料Si3N4和Al2O3,当摩擦因数在0~0.4范围内,识别误差随摩擦因数的增大而减小,最大误差分别为5.06%和12.38%;当摩擦因数在0~0.15之间,识别误差对其变化较为敏感,摩擦因数超过0.15后,误差值分别稳定于为3.5%和5.8%左右。说明对于陶瓷材料弹性模量的仪器化压入仿真计算,当设置压头与陶瓷材料接触面摩擦因数不小于0.15时,仿真识别精度较高且比较稳定。

文中利用有限元软件ABAQUS分别对基于刚性压头和弹性压头的仪器化压入模型进行了建立与计算,并将刚性压头的模型仿真所得的压入比功We/Wt及仪器化压入Oliver-Pharr硬度HO-P与理想弹性压头的模型仿真结果进行对照。结果表明,刚性压头模型仿真识别压入比功We/Wt的相对误差变化范围为-2.6%～-31.8%,Oliver-Pharr硬度HO-P的相对误差变化范围为-0.3%～26.5%,其中对低强度材料进行仿真的结果与弹性压头模型相近,误差一般不超过5%,而随着材料强度的升高,其仿真误差显著增大,对于超高强度的材料的仿真计算压头弹性不可忽略,刚性压头模型应谨慎选用。

利用有限元软件ABAQUS分析了陶瓷试样表面倾斜角度对仪器化压入O-P硬度H_（O-P）和名义硬度H_n识别结果的影响。结果表明,对于试样表面出现小角度倾斜的陶瓷材料,其O-P硬度和名义硬度的识别结果随着倾斜角度的增加而增加,当倾斜角度小于2°时,O-P硬度识别误差小于1.67%,名义硬度的识别误差小于1.77%,具有较好的识别精度;当倾斜角度大于3°时,两种硬度在不同倾斜方向上的识别误差均超过3%,误差明显增大,影响了结果的准确度。在进行用于仪器化压入硬度识别的陶瓷材料试样表面加工时,应当保证表面达到足够的平整度,表面倾斜控制在2°以内,以保证识别结果的准确性。