纳米尺度圆孔表面薄膜界面失配位错形核机理

研究了无限大基体内纳米尺度圆孔表面薄膜中界面螺型位错形核的临界条件,薄膜考虑了表/界面效应。运用弹性复势方法,获得了两个区域应力场的解析解答,并导出位错形核能公式,由此讨论了表/界面效应对薄膜界面位错形核的影响规律。算例结果表明,表/界面效应在纳米尺度下对位错形核的影响显著,不同表/界面效应下位错形核的临界薄膜厚度有很大差异,当基体与薄膜的相对剪切模量超过某一值后,只有考虑负的表/界面应力时位错才有可能形核;薄膜厚度在小于某一临界尺寸时负的表/界面应力更容易位错形核,薄膜厚度大于某一临界尺寸时正的表/界面应力更容易位错形核。     

非线性弹性薄膜表面效应的尺寸相关性研究

在Mindlin假设的前提下，考虑了几何非线性条件及表面效应的影响，建立了纳米尺度下尺寸相关的板状各向同性弹性薄膜模型；从哈密尔顿变分原理出发，导出了薄膜的控制方程，用公式明确阐述了由表面张力引起的符合经典板理论且与薄膜变形相关的残余膜力和弯矩；通过微小尺寸薄膜弯曲的算例，说明了表面效应与薄膜厚度的相关性，当薄膜厚度等于或者小于其内禀尺度时，表面效应对薄膜厚度表现出很强的敏感性。     

应变梯度弹性理论下微构件尺寸效应的数值研究

根据位移二阶梯度分量的不同,应变梯度理论可以分为偶应力理论和全应变梯度理论。与偶应力理论相比较,全应变梯度理论增加了伸长梯度对应变能密度函数的贡献,因此,该理论预测的尺寸效应要强于偶应力理论预测的尺寸效应。基于建立的应变梯度弹性理论C1 自然单元法,研究了微夹持器和拉伸微试件的尺寸效应现象。对于微夹持器,梳状静电驱动臂与固定端之间采用S 形弹簧连接,降低了夹持臂的弯曲刚度,增加了夹持力的有效输出;当弹簧宽度接近材料的特征长度时,无量纲弯曲刚度值很大,微夹持器具有强烈的尺寸效应。对于拉伸微试件,当圆孔半径和椭圆孔长轴接近材料的特征长度时,无量纲应力集中系数很小,微试件尺寸效应明显;随着U 槽端部半径的增加,微试件尺寸效应明显变弱;随着槽深的增加,微试件尺寸效应缓慢减弱。对于微构件的所有计算情况,全应变梯度理论下的尺寸效应强于偶应力理论下的尺寸效应,数值计算结果与理论预测相吻合。     

纤维拔出实验的样本尺寸效应

本文作者通过数值模拟的方法,考察了纤维在基体中埋深长度及基体对纤维的包裹厚度等几何因素对纤维拔出实验中界面应力分布和断裂力学性能的影响。在理想界面(纤维与基体间完好粘结)假设下,纤维与基体间界面剪应力与正应力沿纤维轴向的分布进行了定量研究;在忽略温度残余应力、裂缝间摩擦力和材料非线性效应的条件下,对开裂全过程中系统能量释放率的变化规律进行了数值跟踪。研究表明:实验样本的几何尺寸显著地影响界面的应力分布和断裂性能。     

充分发挥NiTi纤维复合材料功能的一种方法

通常NiTi纤维圆柱体剪滞模型是通过界面传递应力,界面剪应力较大时,界面将产生脱粘.将两端有小垫片的NiTi纤维埋入基体中,构成一种新的NiTi纤维圆柱体剪滞模型,在一定的简化条件下,针对马氏体逆相变过程,对纤维轴应力、界面剪应力的分布及应力传递进行分析.分析结果表明,与通常模型比较,新模型可通过界面和小垫片传递应力,减小界面剪应力峰值,能充分发挥NiTi纤维的作动效应.此外还讨论了小垫片几何尺寸对应力分布及传递的影响.     

双层微梁固有特性的尺寸效应

微尺寸梁存在明显尺寸效应,应变梯度理论可以描述这种尺寸效应。该文基于修正偶应力理论,应用双层梁与单层梁的等效关系,给出了双层微梁的动力学模型,具体求解了简支双层微梁的固有频率,并分析了微梁特征尺寸及双材料参数对双层微梁固有特性的影响规律。结果表明,当双层微梁的厚度接近材料内秉特征尺寸参数时,其固有频率值明显大于传统理论下的值;当双层微梁的厚度远大于材料内秉特征尺寸时,其固有频率值与传统理论下的值基本一致。双层微梁无量纲固有频率表现出明显尺寸效应,并随双材料参数的改变表现出一定的差异。当一层梁厚度远大于另一层厚度时,双层微梁可简化为单层微梁。     

纳米Si薄膜光学性质和弹性常数的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理的方法,对厚度为0.54～3.30nm纳米Si薄膜的电子结构、光学性质及弹性常数进行了计算。结果表明,纳米Si薄膜是直接带隙半导体材料;随着纳米Si薄膜厚度的减小,带隙逐渐增大;薄膜的光学吸收边发生蓝移,吸收带出现宽化现象;弹性常数、杨氏模量和泊松比呈现尺寸效应。     

力、热载荷作用下纤维在复合材料中的界面应力传递行为

采用三维光弹性实验应力分析和有限元计算两种方法,在拉拔载荷和热残余应力联合作用下,对单丝拔出树脂基复合材料三维冻结切片界面剪应力进行了研究。实验结果和计算表明,在单纤维与基体界面的埋入端及埋入末端附近出现界面残余剪应力的极值;力、热载荷作用下纤维界面剪应力呈抛物线分布,单丝埋入端附近是应力的主要传递区域,最先达到危险应力,出现界面脱胶破坏,然后剪应力沿纤维埋入长度由纤维埋入端附近向埋入末端逐渐传递;界面热残余应力对界面剪应力的影响是使纤维埋入末端应力集中程度降低,使界面剪应力最大值增大。      

偶应力理论的径向点插值无网格法研究

偶应力理论引入了位移二阶导数和相应的高阶边界条件,在有限元实施过程中,需要实现位移函数C1连续,这对传统有限元方法来说是一个苛刻的要求。无网格法能够实现位移函数的高阶导数连续,该文基于应变梯度偶应力理论下的虚功原理,导出了其无网格实施方法。无网格法的形函数一般不具有插值特性,本质边界条件施加困难,为克服这一困难,采用了带有多项式基的径向点插值法,构造的形状函数具有插值特性,可直接施加本质边界条件。数值结果表明,该方法数值结果稳定、精度高。     

厚度对TiN薄膜力学性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了不同厚度TiN薄膜,并对其硬度、结合力、残余应力、摩擦磨损特性等力学性能进行了系统性研究,以揭示硬质薄膜厚度对其力学性能的影响规律。结果表明,随着厚度增加,薄膜表面大颗粒增加,膜基界面剪切力增大,薄膜硬度逐渐增加,结合力逐渐下降,摩擦系数略有下降;而薄膜应力沿层深分布趋势基本一致,都呈钟罩形分布;磨损率随薄膜厚度变化不大,即薄膜越厚越耐磨。     

基于新修正偶应力理论的Mindlin层合板自由振动分析

该文基于各向异性修正偶应力理论建立一个Mindlin层合板（跨厚比10~20的中厚板）自由振动模型。该理论偶应力曲率张量不对称,但偶应力弯矩对称。利用Hamilton原理推导振动微分方程和边界条件。新模型可退化为修正偶应力层合薄板振动模型和经典Mindlin层合板振动模型。以正交铺设简支方板为例计算了偶应力模型的自振频率,分析偶应力Mindlin层合板的自由振动尺度效应。算例表明,该文建立的新修正偶应力层合板模型能够用于分析细观尺度下Mindlin层合板的自由振动及尺度效应。     

联合载荷下无裂纹DLC薄膜的内应力有限元分析

本文用有限元分析的方法,对受法向和切向联合载荷作用下的无裂纹类金刚石(DLC)薄膜系统内部应力进行了模拟计算,分析了不同摩擦系数和膜厚比对于内部应力的影响,数值模拟结果表明:较大的摩擦系数可以使得界面处剪切应力和Mises等效应力以及y轴Mises等效应力显著增大,而对于界面处的y向压应力影响不是很大。在一定的范围内(0相似文献   

薄膜厚度和溅射功率对有机衬底上ZnO∶Ga薄膜应力的影响

在室温(RT)下,采用直流(DC)磁控溅射在聚碳酸酯(PC)衬底上制备Ga掺杂ZnO(GZO)薄膜。通过X射线衍射(XRD)与基片曲率方法研究薄膜的残余应力。提出并讨论了厚度和溅射功率对GZO薄膜的应力影响并证实所有薄膜的应力均是压缩应力。研究表明随着薄膜厚度的增加,外应力可以得到充分释放。而溅射功率的变化可以改变GZO薄膜的应力和晶粒尺寸。研究表明溅射功率在140W的条件下制备的厚度225nm薄膜具有最大的晶粒尺寸和最小的压缩应力。结果表明改变溅射参数,比如溅射功率和薄膜厚度,GZO薄膜能够有效地释放应力。     

基于Nastran等离子喷涂厚壁零件涂层中残余应力分析

基于有限元数值分析对等离子喷涂不同的基体上的喷涂陶瓷涂层和金属涂层中残余应力进行了分析,结果表明:涂层与基体体系的最大应力分布在接触界面附近,由中心线向外依次递增,在边缘处达到最大值。在体系中心区域正应力沿厚度方向逐渐减小,而在涂层中应力分布则趋于线性;建立了涂层中各残余应力分量的准数方程式,准数方程式与数值计算结果显示了较好的吻合,而且对于不同基体-涂层体系均是适用的。无因次最大径向应变、无因次剪应力侵入深度和无因次最大径向应力的大小均取决于涂层厚度与弹性模量的积和基体半径与基体弹性模量积之间比值,而影响无因次径向最大剪应力的大小的根本因素为涂层厚度与光斑半径的比值。     

基于一种新修正偶应力理论的平面正交各向异性功能梯度梁静弯曲模型及尺度效应

基于一种新修正偶应力理论建立了微尺度平面正交各向异性功能梯度梁模型。模型中包含两个材料尺度参数,因此能够分别描述在两个正交方向上由尺度效应带来的不同大小弯曲刚度增强。基于最小势能原理推导了平衡方程和边界条件,并以自由端受集中载荷作用的悬臂梁为例给出了弯曲问题的解析解。该梁模型的控制方程以及解的形式和经典梁模型是一致的,只是在刚度项中增加了一项和尺度效应有关的项。算例结果表明:采用本文模型所预测的梁挠度总是小于经典理论的结果,即捕捉到了尺度效应。尺度效应会随着梁几何尺寸的减小而增大,并在梁的几何尺寸远大于尺度参数时逐渐消失。     

不同厚度纳米Ti薄膜的力学性能

通过直流磁控溅射方法制备出四个不同厚度的纳米Ti薄膜,并分别采用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪研究了Ti薄膜的力学性能和残余应力大小,结合分形维数方法和原子力显微镜对薄膜表面粗糙度和表面形貌进行了分析。实验结果表明:随Ti薄膜厚度的增加,薄膜晶粒尺寸逐渐增大,表面粗糙度和残余应力值随厚度的增加先增大后减小,而Ti薄膜弹性模量和硬度随薄膜厚度增加呈现出先减小随后增大的趋势。当薄膜厚度为600,2400,3600nm时薄膜中存在残余压应力,厚度为1200nm时存在残余拉应力,薄膜中残余应力分布最为均匀,但此时薄膜具有较低的硬度和弹性模量值。分析得出Ti薄膜中存在残余拉应力会使薄膜硬度和弹性模量值变小,残余压应力反之。     

无限弹性基底上热电薄膜的屈曲行为研究

本文研究了热电薄膜粘合到弹性基底结构的屈曲行为．将界面剪切应力和薄膜的轴向应力结合起来,建立了热电薄膜的计算模型,利用边界条件将所求问题转化为一个奇异积分方程．通过使用切比雪夫多项式展开求解奇异积分方程,得到归一化应力强度因子．确定了膜厚度和基材与膜刚度比对薄膜应力和界面应力强度因子的影响．讨论了薄膜长度和厚度比对薄膜应力和界面应力强度因子的影响．结果显示薄膜和基底之间的刚度比对薄膜的应力水平有着较明显的影响．     

CuZn37黄铜板料微塑性成形中的尺寸效应研究

为研究金属微塑性成形特点,对厚度不同及粗细两种晶粒尺寸的黄铜箔试样进行了单向拉伸和微弯曲实验,并采用经典塑性理论和应变梯度理论对弯曲回弹角进行了预测.粗晶粒板料试样单向拉伸实验表明,CuZn37黄铜的硬化曲线存在一种明显的尺寸效应,即板料厚度越小,屈服强度越高.弯曲回弹实验结果也存在另一种明显的尺寸效应现象,即板料厚度...     

液氮薄膜在切应力作用下的降膜流动和传热模型

以钎焊板式换热器当中液氮薄膜为研究对象,通过建立在切应力作用下层流饱和蒸发液氮薄膜的传热特性的物理模型,推导出了无量纲液膜厚度和表面传热系数与气液界面切应力、界面对流换热强度、初始雷诺数和流动长度之间的非线性关系式.     

DBRT结构等效电容的应力调制研究

在超晶格薄膜组成的量子井双势垒二极管器件（DBRT）的外部施加单轴压力,会使得器件内部的薄膜发生应变——薄膜的几何尺寸会改变。在偏压不变的情况下,器件的隧穿电流大小将会被改变,同时,器件的各项电学参数将会发生改变。文章将研究器件的等效电容在应力作用下变化的现象,也就是器件电容的应力调制现象,并把这种现象叫做介观压容效应。