纳米切削单晶铜的准连续介质法模拟

采用准连续介质多尺度方法模拟了单晶铜的纳米切削过程。分别采用原子位置图和应力分布图对纳米切削过程中局部变形进行描述,得出了模型的切削力-切削距离的响应曲线。从微观角度分析了单晶铜纳米切削过程中材料变形、材料去除机理及内部损伤情况。根据模拟结果,对切削过程中位错形核、演化过程、湮灭消失、切屑及加工表面的形成过程进行了深入的分析。从位错演化的角度解释了切削力与应变能曲线的峰谷变化。提出了纳米切削过程中材料受到刀具的挤压作用而导致位错形核。得出了在纳米切削过程中塑性材料的去除是基于位错运动演化的结论。     

局部双轴应变SiGe材料的生长与表征

利用分子束外延（MBE）对双轴应变SiGe局部区域外延生长和表征进行了研究.图形窗口边界采用多晶Si侧墙,多层SiGe薄膜分段温度生长.采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线双晶衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和位错密度测试等多种实验技术,结果表明：薄膜表面窗口内双轴应变SiGe薄膜厚度和Ge组分得到精确控制,垂直应变度达到1.175%,其表面粗糙度为0.45 nm,SiGe位错密度为1.2×103 cm-2.由于采用多晶Si侧墙,外延材料表面没有发现窗口边缘处明显位错堆积.实验证实,采用该技术生长的局部双轴应变SiGe薄膜质量良好,基本满足SiGe BiCMOS器件制备要求.     

溶胶—凝胶法制备聚酰亚胺／二氧化硅纳米尺度复合材料

通过正硅酸乙酯在聚酰胺酸的Ｎ,Ｎ‘－二甲基乙酰胺溶液中进行溶胶－凝胶反应,制备出一系列二氧化硅含量不同的聚酰亚胺／二氧化硅复合薄膜材料,二氧化硅质量分数低于１０％的样品是浅黄色的透明薄膜;二氧化硅ω高于１０％的样品是棕黄色不透明薄膜。利用ＩＲ,ＴＧ,ＳＥＭ,ＴＥＣ和应力应变测试等方法研究了此类材料的结构与性能。结果表明,二氧硅含量较低时,可达到纳米尺度的分散。ＰＩ／ＳｉＯ２复合材料与ＰＩ相比,仍具     

基于应变率影响的纳晶材料本构模型

建立了一种包含规则的晶内相和塑性软化晶界位错堆积区相的双相混合模型来研究应变率对纳米晶材料力学性能的影响。根据相混合模型,建立了一种全新的以位错密度演化机制和应变梯度理论为基础的应力-应变本构关系。将本构模型计算结果与实验结果对比发现,两者符合得很好,但数值模拟表现出应变硬化行为。计算发现,由于位错线长度的降低,纳晶材料的应变率敏感系数远远高于粗晶材料。     

薄膜厚度对铁电薄膜铁电性能的影响

为研究薄膜厚度对外延铁电薄膜铁电性能的影响,应用与时间有关的Ginzburg-Landau方程,在同时考虑应力和表面效应的条件下,获得了不同应力情况下,不同厚度铁电薄膜的电滞回线及蝶形应变迟滞回线.计算结果显示,处于不同应力值下的铁电薄膜,剩余极化强度和场致应变随着薄膜厚度的增加而增加.而矫顽场随着薄膜厚度的增加而减小.证明了不同应力情况下,薄膜厚度对剩余极化强度和矫顽场的影响是不能忽略的.这种变化趋势与实验结果的情况是一致的.     

Nd:YAG脉冲激光氧化Cr膜的微观表面

利用SEM、FESEM、AFM和XRD对Nd:YAG脉冲激光氧化Cr膜的微观结构进行了分析。在较小的激光能量作用下,所得到的氧化物薄膜均匀生长;当激光能量较高时,氧化物薄膜呈小丘状生长模式。薄膜表面形成的纳米尺寸的楔型晶界将对下一步的刻蚀产生不良影响,这是由于较低温度下进行的激光氧化会引起较低的扩散速率和初始应力释放。小丘状氧化物生长是在较高激光能量下较高温度使Cr离子向外扩散的结果。     

航空发动机叶轮超高周疲劳寿命预测方法

为了预测航空发动机叶轮的超高周疲劳寿命,以某型叶轮为研究对象,研究叶轮叶片在不同载荷状态下的应力和疲劳寿命. 建立叶轮的有限元模型,通过仿真分析叶轮叶片在离心、气动载荷作用下的应力变化情况;考虑叶轮叶片的表面状态,修正应力结果;基于位错偶极子模型及相关理论,建立TC4材料的超高周寿命预测模型;结合修正交变应力和寿命预测模型,实现了航空发动机叶轮的寿命预测. 对比分析现有模型和该模型下的寿命预测结果,结果表明：2种模型在低、高周范围内预测寿命的变化趋势一致;利用该模型有效解决了叶轮疲劳寿命的预测问题,预测值较贴近测试寿命;叶轮表面状态对疲劳寿命的预测结果影响较大,因为考虑了表面状态,寿命预测结果更贴近测试寿命值.     

离子辅助沉积对TiO2薄膜应力的影响

对在离子辅助沉积（IAD）和常规工艺条件下镀制的TiO2薄膜的应力进行了试验研究，并探讨了利用台阶仪测量镀膜前后基板表面曲率的方法。结果表明，当基板温度低于100 ℃时，在离子辅助沉积工艺条件下镀制的TiO2薄膜的应力略大于在常规工艺条件下镀制的薄膜的应力；随着薄膜厚度的增加，TiO2薄膜应力逐渐减小，从125 nm的392 MPa下降到488 nm的30 MPa；离子源阳极电压对薄膜应力影响较大，在100 V时薄膜应力为164 MPa，当电压升高到190 V时，应力下降到75 MPa。     

残余应力对压头诱导的硬质薄膜断裂机制的影响

近年来,随着制备工艺的革新,硬质薄膜作为保护涂层已有了广泛的应用.在实际使用过程中,硬质涂层经常承受接触载荷作用.薄膜在接触载荷下易产生环形裂纹,从薄膜的表面起裂并扩展到界面,从而影响材料的可靠性和稳定性.同时,硬质薄膜中的残余应力的存在也将直接影响薄膜的服役周期.基于内聚力模型,采用有限元方法模拟来探究残余应力对压头诱导的硬质薄膜/韧性基底中薄膜本身断裂的影响规律.给出在不同残余应力下薄膜发生环形裂纹的起裂半径、裂纹间距、临界压入深度以及临界载荷,进而对运用压痕法测量薄膜的断裂韧性和工程应用提供指导.     

我国科学家用纳米技术大幅提高了薄膜材料的熔点

中科院金属研究所卢柯研究员领导的科研小组在世界上首次发现固体纳米薄膜能够在超过它正常熔点6度以后仍然保持不熔化。　　纳米技术是一种材料技术，材料技术发展的趋势之一就是尺寸向越来越小的方向发展。据了解，所有材料到纳米级以后性质都将发生变化，其中有一项就是材料越小熔点越低，而熔点低将影响材料的稳定性。例如金的熔点通常是1000多度，但是把它打碎做成了纳米的金属末的话，它的熔点就和室温一样了。因此，提高纳米材料的熔点成为科学界的一道难题。卢柯领导的科研小组用了3年多的时间，通过纳米技术解决了科学界一直无法攻…     

表面涂层材料终止于界面裂纹尖端弹塑性奇异应力场

针对涂层材料分析了终止于界面的裂纹尖端弹塑性应力场奇异性。由线性硬化全量理论并考虑到裂纹尖端应力奇异特征,建立了相关的本构方程。利用Goursat应力函数求得了裂纹尖端弹塑性奇异应力场。分析结果表明,所得应力场奇异性可以通过两个与硬化系数相关的Dundurs参数进行描述。当硬化系数远小于弹性模量时,奇异应力场仅需要一个Dun-durs参数来表征。对于涂层为陶瓷基体为金属的情形,奇异性取决于裂纹方向。     

位错的统计力学以及位错引起晶体的熔化理论

在位错对详细讨论的基础上建立一个晶体熔化的理论模型。该理论预测一级相变并得出晶体熔化温度的上限。引起面心立方结构和体心立方结构熔化的位错类型是不同的,前者是偏位错引起,后者是全位错引起。计算出22种立方晶体的熔化温度接近实验得出的熔化温度。提出了偏位错熔化温度低,这应当是面心立方比体心立方熔化温度低的原因之一。     

线性软化土体中球孔扩张问题的解析解

采用三折线线性软化模型描述了土体应力－应变关系，以Mohr-Coulomb为屈服准则，同时考虑塑性区弹性变形、土体剪胀以及土体软化的特性，推导了孔扩张后孔周各个区域的应力、应变及位移解析解，讨论了剪胀角、应变软化系数、是否考虑塑性区弹性变形对解答结果的影响.结果表明，最终扩张压力、塑性区半径都随剪胀角的增大而增大；软化系数对塑性区半径影响很小，但对最终扩张压力影响较大，随着软化系数的增大，最终扩张压力增大；考虑塑性区弹性变形对扩张问题解答的影响随扩张半径的增大越趋明显；考虑塑性区的弹性变形，最终扩孔压力偏小.     

结构弹塑性应力分析的弹性试验模型

材料的塑性表现是弹性表现的延续和发展,二者在物理与力学性质上既有密切的联系,又各有不同．以弹塑性力学的模型理论和塑性力学形变理论的相似方程为基础,根据塑性模型理论以及原型材料的广义应力σi与广义应变εi曲线的关系,提出了以弹性解为原始数据,将其转换为不同塑性变形程度的弹塑性应力分析的弹性试验模型,并讨论了弹性与塑性应力转换的计算方法．     

压电致动式圆片驱动装置结构分析与设计

根据压电致动的工作原理,建立了圆片微驱动装置的压电复合层薄板的机电耦合力学模型;应用弹性薄板的小挠度弯曲理论,推导出圆形压电复合层薄板的弹性曲面微分方程,提出由逆压电效应引起的平面应变可以等效为作用在压电复合层薄板上的横向荷载的设计方法;指出等效横向荷载取决于平行板电容器的边缘电场分布.推导了压电复合层薄板中性面的表达式.在求电场的超越方程数值解的基础上,建立了微驱动装置的有限元结构模型,并对某微泵驱动装置进行了计算仿真,得到令人满意的结果.     

空心激光辐照薄膜产生温度场与应力场的数值模拟与分析

为了考察空心激光辐照下膜层的温度场及应力场的分布特征,基于传热学及弹性力学理论,建立空心激光与膜层相互作用的热应力模型。利用有限元数值分析方法求解物理模型,通过对数值结果的分析,可以得出随着激光能量的增强,温升增大,其应力也随之变大的特征及变化规律。其结果可为激光与光学薄膜相互作用提供一定的理论依据。     

车用纳米润滑油添加剂热力学性质模拟分析

模拟了多个不同粒径cu 纳米粒子升温熔化过程．模拟结果及分析表明,纳米粒子熔点随其直径单调增加,并逐步向大块晶体过渡;纳米颗粒抗磨减摩机理不同于传统的油性剂和极压剂,正是通过改变摩擦方式、表面修复等来减小摩擦磨损．     

Plane Elasticity and Dislocation of One-Dimensional Hexagonal Quasicrystals with Point Group 6

Plane elasticity theory of one-dimensional hexagonal quasicrystals with point group 6 is proposed and established. As an application of this theory, one typical example of dislocation problem in the quasicrystals is investigated and its exact analytic solution is presented. The result obtained indicates that the stress components of elastic fields of a straight dislocation in the quasicrystals still first order singularity, which is the same as the general crystals, but are related with the Burgers vector of phason fields, which is different from the general crystals.     

Mechanical Property Evaluation on the Bending and Compressing Behaviour of Nano-beam

Based on quasicontinuum(QC) multiscale simulation method,a series of simulation models were set up for bending and compressing rod-shaped microstructure of single crystal Cu.The effects of structural parameters on typical mechanical properties were analyzed,such as elastic modulus,elastic limit,yield strength,and Poisson's ratio.According to the analysis of displacement,inner stress and strain energy,the mechanisms of deformation and failure were also revealed.The experimental result shows that the mechanical properties exhibit obvious size effect during the bending and compression process.In the bending simulation,when the span-thickness ratio is more than 10,the elastic modulus rises slightly with the increase of strain.And the smaller the beam is,the faster the elastic modulus grows.Meanwhile,when the spanthickness ratio keeps constant the elastic modulus will decrease with the growth of the beam sizes.However,in the compression model,the size effect on Poisson's ratio is not remarkable.The dimensional change in one direction cannot influence the mechanical parameters greatly.Mechanical twins and dislocation contribute to the compression behaviour greatly.Meanwhile,the stress concentration can also be found in the inner partial area and the strain energy decreases abruptly after the crush of beam microstructure.     

An estimation method on failure stress of micro thickness Cu film-substrate structure

The failure of thin film-substrate structure occurs mainly at the thin film or the interface. However, the characterizing and estimating methods of failure stress in thin film are neither uniform nor effective because there are some complex effects of such as size, interface and stress state on the failure behavior of thin film-substrate structure. Based on the scanning electron microscope (SEM) in-situ investigation on the failure models of the Cu thin film-substrate structure and the nano scratched testing results, the failure stresses in different thicknesses of the Cu film-substrate were characterized, which were compared and confirmed by other methods, such as Stoney formula and other empiric equations. These results indicate that the novel estimating method of failure stress in thin film based on the critical wavelength of surface unstable analysis is better than other methods. The main reason is that the novel estimating method of failure stress in meso thickness film fully considered the effect factors of free surface unstable behavior and elastic anisotropy of thin film. Therefore, the novel estimating method of failure stress assists people to understand the critical interfacial strength and to set up the failure criterion of thin film-substrate structure. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 10772091) and National Basic Research Program of China (Grant Nos. 2004CB619304-5, 2007CB936803)