mpa和gpa都是用于表示材料硬度的单位,但它们之间存在数值差异。为了比较不同单位下的硬度值,我们需要建立mpa和gpa之间的转换关系。本文将介绍hv与gpa之间的换算公式,并给出一个自动转换的计算器,读者可以快速转换不同单位之间的硬度值。通过学习本文,你将掌握硬度单位hv、mpa、gpa之间的换算方法,正确比较材料硬度。
1 HV与GPa之间的换算关系含换算公式
HV是表示维氏硬度的符号,其单位为[kgf/mm^2],换算公式为:1HV=0.0098GPa,1GPa=102.04HV。即1HV代表0.0098GPa的硬度,102.04HV才对应1GPa。
HV硬度值的计算方法是:HV=F/A,其中F为载荷力,A为压痕表面积。维氏硬度数值前的系数表示硬度的大小,后面的系数表示载荷的大小。例如1HV0.2表示在0.2kgf载荷下,材料的硬度值是1kgf/mm^2。
我们来详细推导下1HV0.2与GPa之间的换算关系:
1HV0.2=1[kgf/mm^2]=9.80665[N/mm^2]=9.80665×10^6[Pa]=0.00980665[GPa]
所以1HV0.2相当于1[kgf/mm^2],也就是0.00980665[GPa]。这样我们就建立起了HV与GPa之间的数值对应关系。不同的载荷力下,HV与GPa可以通过类似方法进行换算比较。
2 HV不同载荷力值的对应表
在进行HV与GPa换算时,不同的HV数值背后所对应的载荷力是不一样的。这里我们列出常见的几种情况:
显微硬度:
HV0.01 对应载荷力为0.09807N
HV0.02 对应载荷力为0.1961N
低力硬度:
HV0.2 对应载荷力为1.961N
HV0.5 对应载荷力为4.903N
宏观硬度:
HV5 对应载荷力为49.03N
HV10 对应载荷力为98.07N
HV20 对应载荷力为196.1N
不同的载荷力会导致压痕的大小和深度不同,测试的区域也不相同。但通过换算公式,我们可以建立起不同HV值与GPa之间的对应关系。
这样,当我们看到一个HV值时,就可以根据上表找到对应的载荷力,然后将HV转换成GPa进行比较。这是正确使用和理解HV与GPa之间转换的关键。
3 在线换算计算器自动转换
手工计算HV与GPa之间的转换关系较为复杂,容易出错。为方便大家使用,这里推荐一个在线自动转换的计算器:
Calculator for Conversion between Vickers Hardness Number and SI Units MPa and GPa
这个计算器可以实现HV与MPa、GPa的实时互转。我们只需要输入一个已知的HV值,如1HV0.2,计算器就会自动转换出对应的MPa和GPa结果。
这样通过计算器转换,可以大大简化操作,避免手工计算带来的错误。它利用了背后的转换公式,使HV与通用单位之间的转换变得非常方便。
我们只需要记住基本的换算关系:1HV=0.0098GPa,1GPa=102.04HV。其他复杂情况下,都可以通过该计算器获得所需的转换数值。
4 有限元仿真要求单位统一
在进行有限元仿真时,软件本身是没有单位的。这要求我们在建模和定义材料参数时,必须统一采用的单位。
例如在选取长度单位时,我们可以采用m、mm或μm为单位,但必须统一。不同单位下模量的设置也要进行对应调整。
如果以mm为单位建模,弹性模量需要采用MPa;而如果以μm建模,则模量需要采用以Pa为单位的数值。
最后仿真得到的结果也要换算到统一的单位进行比较。只有这样,采用不同单位建模得到的结果才能一致。
所以有限元仿真强调单位的统一转换,不同单位间通过公式可实现结果的比较和验证。
5 微米单位下GPa的对应值
由于有限元仿真也可以选择微米μm为建模单位,这里给出μm情况下与GPa的对应关系:
微米μm对应的杨氏模量单位为:1e12Pa(10的12次方Pa)
也就是说,如果选择μm建模,那么输入的杨氏模量值就需要以1e12Pa为单位。
例如,200GPa的钢材,如果以μm为单位,其模量输入值为:200e-3
计算过程:1GPa=1e9Pa;
200GPa = 200 * 1e9 Pa = 200e-3 * 1e12 Pa
我们只要记住:μm对应杨氏模量的单位为1e12Pa。根据这个规则设置参数,就可以保证采用μm建模时单位的正确性。
综上所述,HV、mpa和gpa之间可以相互转换,关键在于找到合适的换算系数。1HV=0.0098GPa,1GPa=102.04HV。不同的HV值所对应的载荷力也不相同。利用在线转换计算器可以快速地实现HV与MPa、GPa之间的转换。在进行有限元仿真时,需要统一长度单位,并相应设置杨氏模量,最终结果经过换算后应是一致的。
