基于有限元模拟的微铜柱互连点热失效分析

采用有限元模拟法,研究了微铜柱互连点在热冲击载荷条件下的应变和应力,并分析了微互连点的裂纹生长情况.结果表明,封装结构最外侧的微互连点为最易失效互连点(关键互连点).累积塑性应变能密度主要集中在芯片侧铜焊盘附近,且由外向内逐渐递减,这表明裂纹形成在芯片侧,并沿着焊盘由外向内扩展,最终贯穿整个互连点.试验结果与模拟分析一...     

焊点尺度对微互连的热疲劳可靠性影响

【目的】研究焊点尺度对微互连的热疲劳可靠性的影响，【方法】采用有限元模拟法结合试验来研究不同尺度焊点在热循环载荷下的可靠性。【结果】模拟结果表明，同位置小尺寸焊点封装体的位移和焊点的累积塑性应变能密度均高于大尺度焊点，且最外侧焊点的数值最高，为最容易失效的关键焊点。关键焊点上累积的塑性应变能密度集中在焊盘和钎料接触界面的边角处，向内会逐渐减小，表明裂缝会在边角处出现并向内延伸，与试验结果吻合。【结论】根据Darveaux寿命模型，大尺度焊点的寿命要高于小尺度焊点。     

热冲击条件下倒装封装焊点的裂纹生长研究

【目的】研究热冲击条件下倒装芯片封装焊点裂纹的萌生和扩展。【方法】采用有限元模拟法分析封装体的形变，获取累积应变能密度及应力分布与变化情况，同时结合试验结果进行验证。【结果】在热冲击条件下，裂纹会先出现在焊点的最外侧且在焊盘与焊料的交界处，此位置累积塑性应变能密度和塑性应力最大。【结论】高累积塑性应变能密度和应力会造成焊料和焊盘界面上产生应力集中，并发生形变，导致裂纹在该外侧界面上萌生，并沿着界面向内扩展，最终焊点因产生裂纹而失效。试验结果与模拟分析结果一致，进一步验证了模拟结果对裂纹生长的合理性。     

基于ANSYS的金属板材拉伸模拟分析

本文采用ANSYS有限元软件,模拟计算了板材拉伸试样在位移载荷作用下的应力应变值,从而绘制出试样的拉伸应力应变曲线。模拟结果与实测结果基本吻合,证实了模拟参数设计的合理性。     

扭转载荷下缺口参数对圆轴应力分布的影响

讨论缺口几何参数对应力集中水平的影响.利用有限元软件ANSYS,建立扭转载荷下缺口轴的力学模型,计算缺口根部附近的局部应力应变,分析缺口几何参数对轴应力集中的影响.结果表明：缺口根部附近存在一很小区域,该区域的应力同缺口半径、缺口深度和张开角有关,在这个区域内,应力有统一的特性.     

光纤光栅技术在玻璃幕墙边缘检测应用

针对玻璃幕墙结构胶老化、失效以及高风压载荷导致的玻璃脱落等安全事故问题,提出了一种基于光纤光栅传感技术检测玻璃幕墙边缘动态应力变化的方法,构造了玻璃面板边缘应变与结构胶之间的多模态耦合模型,从而预测玻璃幕墙结构安全状况.通过对比分析多模态应变的仿真与实验结果数据可以得到：准分布光纤光栅能够给出结构胶的失效位置,提前对玻璃幕墙结构胶的健康状况进行安全性能评估与反馈.由此可及时更换处理失效玻璃,减少玻璃幕墙脱落事故,在减少经济损失的同时提升了玻璃幕墙的安全性,具有实际价值.     

循环热力载荷下含冷却孔热障涂层的强度分析

在实际服役工况下,燃气轮机涡轮叶片热障涂层较易在冷却孔附近产生开裂和脱落,造成严重的安全问题.为了深入研究这一过程中的机理,该文通过建立含冷却孔热障涂层系统的三维有限元模型,以实际工况下流固耦合计算得到的温度场作为边界条件,分析循环热力载荷下热障涂层内部应力分布和发展趋势.结果表明,在冷却孔附近的涂层界面间存在应力集中现象,且随着循环应力数值增大,应力集中区域发生迁移.TGO层的不规则生长导致了应力在孔口附近界面处集中,特别是孔口上游区域的TC/TGO界面和TGO/BC界面处.     

硅基多层无机驻极体薄膜中平均电荷重心和密度的确定

报道通过表面电位测量和C V分析来确定硅基多层无机驻极体薄膜中平均电荷重心及电荷密度的方法.它包括两个非破坏性的测量首先,通过补偿法测量驻极体薄膜自由面的表面电位,然后在样品表面蒸镀金属电极,形成MIS结构,进行电容电压(C V)测试,由此得到驻极体薄膜和硅界面的电位.电荷重心和电荷密度可通过计算得出.同时利用这一方法确定了硅基Si3N4/SiO2双层驻极体薄膜中的平均电荷重心,发现电荷重心强烈地依赖于电晕充电以后的老化温度,经过400℃下老化20min,常温正电晕充电驻极体的电荷重心已从近自由面迁移至Si3N4和SiO2界面附近.     

热循环条件下圆柱结构热障涂层系统应力场演变分析

基于弹性热力学,建立了一个四层空心圆柱结构热障涂层系统的应力模型和解析解.在考虑了弹塑性变形和蠕变变形影响的条件下,分析了热循环次数、基底曲率半径和热循环温度对TBCs系统残余应力的影响.随着热循环次数的增加,TBCs系统内不匹配残余应力的差异不断加剧.氧化层内环向应力和轴向应力数值大约为-2.2 GPa,是其他三层相应应力的10倍,具有明显的应力奇异性.该特性必然加剧TBCs的界面裂纹扩展和涂层剥落.基底曲率半径越小,陶瓷表面服役温度越高,越容易造成TBCs系统内应力分布不均匀.     

圆柱形腐蚀缺陷相互作用研究

将单圆柱形腐蚀缺陷ANSYS有限元分析和双圆柱形腐蚀缺陷ANSYS有限元分析相结合，首先探讨了单圆柱形腐蚀缺陷破坏机理，其次研究了缺陷间距对单圆柱形和双圆柱形腐蚀缺陷失效压力及等效应力的作用，通过建立双圆柱形缺陷相互作用系数，研究了双圆柱形缺陷相互作用。结果表明：等效应力云图可划分为缺陷中心区域、缺陷附近区域和远离缺陷区域3个部分；随着内压载荷的增加，等效应力逐渐增加；从内壁到外壁，等效应力逐渐增大；对于单圆柱形和双圆柱形腐蚀缺陷，随着腐蚀间距的增大，等效应力逐渐减小，失效压力逐渐增加，单圆柱形腐蚀缺陷出现临界值；随着缺陷间距的增大，相互作用系数在缺陷间距为60 mm时出现波谷，在其他缺陷间距处呈现稳定状态；缺陷深度系数对失效压力的作用很小。     

碳纤维开孔层合板拉伸载荷下的失效分析

【目的】研究开孔碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷下的失效行为,并确定铺层顺序、铺层角度对极限载荷的影响。【方法】通过Abaqus有限元软件和Hashin失效准则,建立壳单元在拉伸载荷下的失效模型,利用该失效模型进行数值模拟分析。【结果】0°层失效首先发生在孔边,随着孔边失效区域的不断扩大,呈现由X形向沙漏形转变的趋势;在达到极限载荷前,承载力与位移成正比,之后承载力迅速下降,层合板将迅速失效;铺层顺序对层合板的强度影响不大,铺层角度对层合板的极限载荷影响较大。在一定范围内增加±45°铺层的数量,不仅可以延缓层合板的失效,而且可以提高极限载荷值。【结论】研究结果对开孔碳纤维复合材料层合板的实际应用具有指导作用。     

硅基多层无机驻极体薄膜中平均电荷重心和密度的确定

报道通过表面电位测量和C-V分析来确定硅基多层无机驻极体薄膜中平均电荷重心及电荷密度的方法。它包括两个非破坏性的测量；首先，通过补偿法测量驻体薄膜自由面的表面电位，然后在样品表面蒸镀金属电极，形成MIS结构，进行电容--电压（C-V）测试，由此得到驻极体薄膜和硅界面的电位。电荷重心和电荷密度可通过计算得出。同时利用这一方法确定了硅基Si3N4/SiO2双层驻极体薄膜中的平均电荷重点，发现电荷重心强烈地依赖于电晕充电以后的老化温度，经过400℃下老化20min，常温正电晕充电驻极体的电荷重心已从近自由面迁移至Si3N4，和SiO2界面附近。     

有限元法结合压痕法估算BNKT薄膜的压电应力常数

考虑基底效应的影响,将压电应变系数与压电应力常数的关系式作为补充方程,通过有限元法结合纳米压痕法估算了横观各向同性0.85Na_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3-0.15K_(0.5)Bi_(0.5)TiO_3(BNKT)薄膜的压电应力常数.在正向分析中,通过无量纲分析和有限元模拟,得到最大压痕荷载、加载曲线指数与BNKT薄膜压电应力常数之间的无量纲方程.在反向分析中,利用纳米压痕实验得到沉积在硅基底上BNKT薄膜的压痕曲线,将实验数曲线中的最大压痕荷载和加载曲线指数代入正向分析建立的无量纲方程,联立补充方程进行求解,得到多组不同误差下的解,取误差最小时相应的解e_(15)=0.28 C/m~2,e_(31)=7.72 C/m~2,e_(33)=18.26C/m~2为BNKT薄膜的压电应力常数.     

基于ANSYS模拟不同参数对Q235钢板焊接残余应力的影响

利用大型有限元分析软件ANSYS对薄板Q235焊接残余应力进行数值模拟,得到了与焊缝垂直平分线上Q235样板的焊后残余应力。分析了焊接速度、焊接电流和电压等工艺参数对焊接残余应力的影响规律。结果表明:焊接电流和电压较大时,焊缝处的纵向残余压应力较大,近焊缝处的纵向残余拉应力也相应较大;焊接速度越小,焊缝处的纵向残余压应力越大,近焊缝处的残余拉应力越大。     

任意法向分布载荷作用下的椭圆盘状裂纹问题的应力强度因子

本文将位移势函数以拉梅函数展开,作出了任意法向分布载荷作用下的椭圆盘状裂纹问题的应力强度因子.     

湿式多盘制动器接触压力和温度场研究

为了提高湿式多盘制动器的性能和使用寿命,分析其失效的原因.以井下铲运机的湿式多盘制动器为研究对象,建立湿式多盘制动器的三维有限元模型.应用有限元分析软件ANSYSWorkbench对制动器的制动过程进行了模拟分析,得到湿式多盘制动器的初始压力分布曲线和制动工况下的温度场和接触压力的变化情况.研究表明,湿式多盘制动器的初始接触压力分布不均匀,制动过程中压力和温度相互耦合并在温度最高时压力增长最快.     

绕纤维环形裂纹界面处的应力奇异性

基于弹性力学空间轴对称问题的通解,研究了长纤维增强复合材料中绕纤维且垂直于纤维的环形裂纹位于界面处裂纹尖端的应力奇异性。研究结果表明,应力奇异性特征方程与平面应变状态下相应模型的结果一致,只与Ｄｕｎｄｕｒｓ组合参数有关,材料性能对裂纹尖端附近奇异应力场的影响可用三个组合参数描述。     

气膜孔防堵塞方法研究

燃气轮机高温部件的气膜冷却是保障发动机安全运行的重要途径.在等离子喷涂过程中,涂层沉积会堵塞气膜孔,降低冷却效果.气膜孔的边缘是涂层应力最集中的地方,也是涂层脱落的发源地.金属黏结层材料NiCrAlY熔点低、延展性好,首先在孔边缘沉积,向孔中心收缩,形成喉部,是堵孔的主要来源;陶瓷涂层材料YSZ熔点高、延展性差,对堵孔的贡献相对较小.为了降低涂层沉积对气膜孔的堵塞作用,该文研究了3种方法：（1） 向气膜孔内部注入防粘胶,涂层制备结束后再将防粘胶清理出来;（2） 在制备涂层的过程中,从基体背部向气膜孔内通入压缩空气,阻止涂层在气膜孔边缘沉积;（3） 制备涂层后,用机械通孔的方法清理气膜孔边缘的涂层.这3种方法都能有效地降低涂层对气膜孔的堵孔率,但对涂层热循环寿命的影响有明显差异.气膜孔内通入适当流量的冷却气,有效降低了涂层在气膜孔边缘的沉积,提高了涂层的热循环寿命.机械通孔的方法使气膜孔边缘的涂层产生裂纹,涂层的热循环寿命明显降低.     

数字图像分析用于下颌后磨牙及其桩核修复体

将下颌后磨牙及其桩核修复体包埋于复合树脂模拟的牙周组织中,形成18 mm×16 mm×22 mm的包埋块,利用数字化光学测试手段得到两者在垂直载荷作用下的位移和应变,并对其进行了力学分析.结果表明:(1)在同级载荷作用下,桩核修复体的应变大于原始牙,建议避免使用过大的咀嚼力;(2)桩核修复体虽然充分利用残根的生理几何特征,但分散牙体传递的[牙合]力却是一个渐进过程;(3)光测技术为口腔医学领域提供了另外一种有效的分析途径.     

TC25钛合金室温高周疲劳累积损伤与疲劳寿命分析

在恒定最大应力700 MPa条件下,对TC25钛合金进行不同应力比下的室温高周疲劳实验,测试TC25钛合金的高周疲劳寿命,考察疲劳寿命与应力比之间的关系.每间隔一定疲劳周次测试试样的电阻,采用电阻变化率表征疲劳损伤,并应用Chaboche损伤模型来推导疲劳损伤演化方程,结果显示理论计算结果与实验数据吻合,表明Chaboche损伤模型能够精确预测轴向循环加载条件下TC25钛合金的高周疲劳累积损伤,且在恒定最大应力条件下,TC25钛合金的疲劳寿命随应力比的增大而增大.测试应力比r为0.1时不同应变强化量下TC25钛合金的疲劳寿命,基于微观结构分析,考察应变强化对疲劳寿命的影响,结果表明增大应变强化量能有效提高疲劳寿命.