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根据压痕硬度测试理论,提出了三维有限元模型的建立方法.基于ANSYS数值模拟了不同几何尺寸压头压入中硬度金属块的洛氏硬度试验.研究在加载、卸载过程中压痕附近硬度材料的应力变化规律及残余应力分布,并研究了不同几何尺寸的压头对压头底部位移及硬度值的影响.结果表明,高硬度材料受压头圆锥角角度偏差更敏感,低硬度材料受压头顶端球面半径的影响更明显;在规程对压头几何尺寸偏差的允许范围内,压头尺寸偏差与压头底部位移表现出局部线性关系;并且发现压头圆锥角角度与顶端球面半径之间对硬度值存在正耦合效应,计算出二者与硬度值之间的不确定传播系数分别为59.86 HR/rad和0.0304 HR/μm;对工作洛氏硬度计,在中硬度下由圆锥角、顶端球面半径引入的相对标准不确定度分量分别为0.35％和0.29％,被检合格的压头与标准压头比较的示值最大误差为±0.74 HR.对标准洛氏硬度机,其对应相对标准不确定度分量分别为0.10％和0.15％,示值最大误差为±0.28 HR.