跨尺度、跨学科压痕技术的实验与模拟研究进展[外文翻译].rar

附件C：译文

跨尺度、跨学科压痕技术的实验与模拟研究进展

摘要
由于其实验方法的相对简单，压痕实验是一个非常灵活的力学性能测试方法。加上先进仪器的发展，易于实施已使压痕实验成为适用于许多不同的跨长度尺度（从纳米到宏观）和科学/工程学科系统的广泛使用的研究工具。然而，针对不同材料系统的探索、以及发展压痕技术成为超出实验室研究的精确、定量方法的潜在应用，促使了大量对实验结果进行强有力分析的建模和解释工作。在这次综述中，我们将介绍这种方法在许多不同方面的进展，包括基于连续体的均相和非均相系统的建模、微观结构尺寸效应和纳米压痕实验的原子模拟、原位透射电子显微镜观测纳米尺度的接触、以及压痕实验的新兴和显著应用。本文中重复出现的一个主题是在不同物理情景下的 “硬度”的含义。

关键词：微米压痕，纳米压痕，透射电子显微镜，有限元分析，仿真

1 引言
一个世纪以来，压痕技术被应用在广泛的工程实践中以探测材料的力学性能。得以广泛使用的主要原因是其实验的简单易行;压痕只需要极少的样品制备和/或安装，可以在一个样本上重复多次实验，并能通过选用合适的载荷和探头形状来探测材料的不同区域。此外，针形仪器的开发使我们有可能将施加压力从千牛顿下降至微牛顿，以及局部位移下降至纳米;几乎任何固体可以变形，包括体相材料、生物实体和纳米结构。然而，探头下的应变场十分复杂，即使是各向同性的体相材料，分析数据也并不是那么容易。对于较复杂的材料系统（如薄膜、小体积、多孔结构、生物材料），压痕反应与材料行为的具体方面联系在一起，同时通晓压痕力学和被探测物理系统的专家才能做出有效的解释。
随着商用压痕系统的日益推广使用，这种挑战主要被压痕作为研究工具而带动。然而，在对比其他公认的力学试验，如单轴压紧，压痕实验的目的并不总是在其提取的“值”，或者更确切地说，不应该是。比如已经有文献指出，硬度和弹性模量的观念，经过提取压痕，强烈地依赖尖端几何，弹性和非弹性物质的行为，和试样边界条件而作为参数。又比如公认的在科学界有一部分是体现在当报告成果时越来越多地使用术语“压痕模”，并在比较压痕提取性能时仔细研究在这些不同载荷下的条件。事实上，随着越来越多的复合材料通过压痕来探索，严谨科学的结论只能靠观点来坚持。