(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211173979.3 (22)申请日 2022.09.26 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100000 北京市朝阳区平乐园10 0号北 京工业大 学 (72)发明人 杨庆生　单燕　郝兴楠　刘夏　 张强　 (74)专利代理 机构 北京盛凡佳华专利代理事务 所(普通合伙) 11947 专利代理师 吴少均 (51)Int.Cl. G16C 20/30(2019.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于压痕技术对水化软材料力学性能 进行检测的方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于压痕技术对水化软 材料力学性能进行检测的方法， 涉及材料性能检 测技术领域。 本发明首先确定水化软材料试样的 无量纲函数的参数， 然后建立含有初始剪切模量 的无量纲函数关系， 再通过球形压痕试验， 得到 有初始剪切模量试样的压痕深度h以及对应的压 痕接触半径 ɑ曲线； 最后利用最小二乘法拟合计 算得到无量纲函数值， 并将压痕深度h和压痕接 触半径ɑ代入无量纲函数公式， 从而获得试样初 始剪切模量的计算公式， 实现了对 水化软材料力 学性能的检测。 本发明具有计算准确率高且检测 方法简单的特点。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115527624 A 2022.12.27 CN 115527624 A 1.一种基于压痕技术对水化软材料力学性能进行检测的方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1： 确定水化软 材料试样的无量纲函数的参数； 步骤2： 建立含有初始剪切模量的无量纲函数关系， 如下： 式中P为压痕载荷， μ0为初始剪切模量， ɑ为压痕接触半径， R为压 头半径； 步骤3： 通过球形压痕试验， 得到有初始剪切模量试样的压痕深度h以及对应的压痕接 触半径ɑ的数值， 归一 化后得到所述压痕深度h和压痕接触半径 ɑ的关系， 如下： 步骤4： 利用最小二乘法拟合计算得到无量纲函数中 并将步骤3中的压痕深度h 和压痕接触半径 ɑ代入公式(1)， 获得 试样初始剪切模量的计算公式， 如下： 2.根据权利要求1所述基于压痕技术对水化软材料力学性能进行检测的方法， 其特征 在于， 步骤1所述无量纲函数分别为初始剪切模量 μ0， 压痕接触半径 ɑ以及压头半径R。 3.根据权利要求1所述基于压痕技术对水化软材料力学性能进行检测的方法， 其特征 在于， 步骤2无量纲 函数公式的建立方法是利用有限元仿 真软件， 获得压痕接触半径 ɑ‑压痕 深度h曲线和 压痕载荷P ‑压痕深度h曲线， 通过选取对应的压痕载荷P和 压痕接触半径 ɑ， 获 得无量纲的压痕载荷P ‑压痕接触半径 ɑ曲线。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115527624 A 2一种基于压痕技术对水化软材料力学性能进行检测的方 法 技术领域 [0001]本发明属于材料性能检测技术领域， 具体涉及一种基于压痕技术对水化软材料力 学性能进行检测的方法。 背景技术 [0002]多数水化软材料例如水凝胶等高分子材料在载荷的作用下通常展现明显的非线 性或时间相关的力学响应特性。 而且软材料通常具有较低的弹性模量以及 对外部刺激的高 度敏感性， 从而使得对这类材料力学行为的描述以及力学性能的检测都非常复杂， 因此研 究水化软 材料力学性能的检测方法具有重要的意 义。 [0003]水化软材料由于试样制 备比较困难、 测试过程也比较复杂等原因， 常常难以进行 宏观测试。 近年来， 压痕技术由于具有操作方便、 试样制备简单、 测试方便等优势， 逐渐成为 一种检测各种软 材料力学性能的重要手段。 [0004]由于水化软材料的非线性特征以及在压痕过程中应力状态的非均匀性， 使得水化 软材料的压痕行为同时涉及 几何、 材料和边界非线性。 因而通过量纲分析研究基于压痕技 术检测超弹性水化软材料初始剪切模量的方法， 建立联系水化软材料压痕响应和非线性力 学性能之间关系的表达式是利用压痕技 术检测水化软 材料力学性能的关键 。 发明内容 [0005]针对现有技术的不足， 本发明提供了一种基于压痕技术对水化软材料力学性能进 行检测的方法， 该 方法是采用以下技 术手段实现的： [0006]一种基于 压痕技术对水化软 材料力学性能进行检测的方法， 包括以下步骤： [0007]步骤1： 确定水化软 材料试样的无量纲函数的参数； [0008]步骤2： 建立含有初始剪切模量的无量纲函数关系， 如下： [0009] [0010]式中P为压痕载荷， μ0为初始剪切模量， ɑ为压痕接触半径， R为压 头半径； [0011]步骤3： 通过球形压痕试验， 得到有初始剪切模量试样的压痕深度h以及对应 的压 痕接触半径 ɑ曲线， 归一 化后得到 压痕深度h和压痕接触半径 ɑ的关系式， 如下： [0012] [0013]步骤4： 利用最小二乘法拟合计 算得到无量纲函 数中 并将步骤 3中的压痕深 度h和压痕接触半径 ɑ代入公式(1)， 获得 试样初始剪切模量的计算公式， 如下： [0014] [0015]优选的， 步骤1所述无量纲函数分别为初始剪切模量μ0， 压痕接触半径 ɑ以及压头说　明　书 1/3 页 3 CN 115527624 A 3