变形反射镜薄膜应力与元件变形有限元研究

残余应力是变形反射镜面临的一个重要问题。考虑薄膜中残余应力的起源,利用有限元软件建立了变形反射镜有限元模型。基于所建立的有限元模型,计算变形镜各部分受薄膜残余应力作用后的变形与应力分布。与试验测量结果进行对比,计算结果表明,建立的模型是合理的,薄膜产生的残余应力为张应力,氟化物薄膜产生的张应力大于ZnS薄膜产生的压应力,残余应力主要集中在变形反射镜镜面上,基本呈放射状分布,外圈驱动器受到应力较大。     

热变形参数对LD7铝合金流动应力的影响

在Gleeble-1500热模拟试验机上对LD7铝合金试样在变形程度为60％，变形温度为360－480℃、变形速率为0.01-1s^-1的条件下进行等温压缩试验，得到了不同应变、不同变形温度和应变速率下材料的真实应力，并利用古布金公式对实验结果进行了摩擦修正。研究结果表明：LD7铝合金是动态回复型合金；合金的流动应力随温度的升高而降低，最佳变形温度是400－450℃；该材料对应变速率具有很高的敏感性。     

7022铝合金FSJ拼连板材残余应力和变形分析

利用有限元方法对7022铝合金板材FSJ连接过程进行模拟,分别获得连接区的残余应力和变形规律,并通过实验验证模拟结果的正确性。通过模拟得出残余拉应力主要集中在连接区,连接区中间位置处在最大拉应力区,连接区两端和其他部位均是残余压应力;垂直于连接区方向上前进侧的变形也大于返回侧的变形,平行于连接区方向钥匙眼端比起始端翘起得高,整个变形如马鞍形状。     

7050铝合金热压缩变形的流变应力本构方程

对7050铝合金在应变速率为0.01～10s-1、变形温度为250～450℃条件下的流变应力行为进行了实验研究.结果表明:7050铝合金热压缩变形中发生了明显的动态回复与动态再结晶,流变应力随应变速率的增加而增加,随温度的增加而降低;通过线性回归分析计算出7050材料的应变硬化指数n以及变形激活能Q,获得了7050铝合金高温条件下的流变应力本构方程.     

7075铝合金热压缩过程变形行为和载荷研究

采用MMS-300多功能材料试验机对7075铝合金在变形温度300-450℃、应变速率0．01～40s^-1下单道次压缩过程进行了实验研究,并根据其流变曲线对热压缩过程进行了数值模拟,分析了变形速度、温度和摩擦对变形栽荷的影响规律。结果表明：7075铝合金变形过程发生了动态再结晶,应力-应变曲线表现出波浪形,波动周期大致相同,振幅随着应变增加逐渐减小;变形速度较小时,变形速度增加,临界应变增加,变形速度增加到一定程度时临界应变反而降低。随着变形速率增加和变形温度降低,载荷增加,而摩擦对7075铝合金热压缩过程的栽荷影响不大;当变形速率增加到一定值时,载荷值对速度敏感度降低。     

6013铝合金热变形行为研究

以6013铝合金为试验材料,采用热压缩镦粗法,在Gleeble-1500热模拟试验机上进行等温热压缩试验.结果表明:随变形速率增加和变形温度降低,合金的流变应力增加.随变形程度增加,流变应力先迅速增加到一峰值,然后缓慢下降到渐趋平稳,呈现明显动态再结晶特征.该合金的流变应力行为可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数来描述,其变形激活能Q为145.75kJ/mol.     

7085铝合金热压缩变形的流变应力本构方程

采用Gleebe-1500热模拟机对7085铝合金进行热压缩,研究了该合金在应变速率为1～38s-1、变形温度为260～440℃条件下的流变应力行为.结果表明,7085铝合金流变应力在变形初期随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;峰值应力随应变速率的增加而增加,随温度的升高而降低;通过线性回归分析计算出7085材料的应变硬化指数n以及变形激活能Q,获得了7085铝合金高温条件下的流变应力本构方程.     

屈曲薄膜振动分析

非线性大变形屈曲分析是处理薄膜褶皱问题的一种有效方法,该文对这种方法的两个关键问题进行了探讨,包括初始缺陷的施加及后屈曲平衡路径的跟踪。基于这种方法分析了剪切薄膜的褶皱,并在褶皱构形的基础上,进行了考虑大变形效应的模态分析。分析结果表明:具有褶皱薄膜振动的模态及固有频率与不具有褶皱的薄膜相比明显的不同,褶皱薄膜的固有频率明显的减小了,其节线的位置为张拉线的位置,随着模态的增加其节线的数目减少。该文所建立的分析过程,不但能够进行薄膜褶皱的分析,同时也能分析褶皱形成后薄膜的动态特性。     

LD7铝合金热变形研究

在Gleeble-1500热模拟机上对LD7铝合金进行等温热变形实验,变形温度为300～500℃,应变速率为0.01～10s-1,研究其热变形的流变应力行为、显微组织及软化机制.结果表明LD7铝合金真应力-真应变曲线表现出动态回复特征,在应变速率ε=1.0s-1,变形温度高于420℃时,应力出现锯齿波动,表现出不连续动态再结晶特征.合金在压缩过程中主要软化机制为动态回复,同时也存在动态再结晶.变形后晶粒尺寸随变形温度升高而增大,随变形速率增加而减小.     

铝合金圆板上碳化硅涂层热应力有限元分析

假设涂层和基体界面处于理想结合状态下,且不考虑涂层中缺陷的影响,采用有限元软件(ANSYS8.0)分析了5～30μm厚碳化硅涂层中的热变形和热应力.结果表明,在平面法线方向(z方向)上,涂层/基体系统在热应力作用下发生热屈曲,圆心处z方向热变形为0.05mm,而在边缘处2方向热变形为-0.08mm;热变形呈现轴对称的特点,其危险区域在上下表面的圆心部位,该处的热变形最大,也最容易造成该处涂层胀裂失效;对于不同直径的圆板,发生热屈曲时均存在一个类似的z方向零位移环,并且该z方向零位移环的位置与圆盘半径有关,而与涂层厚度无关;计算得出5～30μm厚碳化硅涂层中的热应力约为2.45～11.00GPa,该值远高于1mm厚4043铝合金基体中产生的热应力(24.68MPa);圆板热屈曲后拱起高度和热应力均随涂层厚度的增加而增加.     

梯度复合材料热应力影响因素正交有限元分析

为了分析梯度层厚度、梯度层组成相体积分数及组成相长径比三种因素对热应力的影响,建立了梯度复合材料的物理模型,并采用有限元分析方法计算了该模型冷却至室温的热应力,同时使用正交设计对各因素的重要程度进行了数量估计。结果表明:三种因素中梯度层厚度对热应力的影响最为显著,次之为组成相体积分数,而长径比的影响较小。     

热载荷条件下TiO2薄膜热应力有限元分析

在高温环境下,由于不匹配性而产生的热应力是影响薄膜结构及性能稳定性的重要因素。本文使用有限元的方法,从热应力的角度研究分析了高温环境下导致薄膜损伤的内在机理及相关可能的改善方法。仿真结果表明,在高温环境下,基板与薄膜匹配性对系统热应力的大小及结构的稳定性有非常大的影响;相比白宝石//TiO2系统, Si//TiO2薄膜存在较高的应力水平及边缘应力集中与突变现象;采用TiO2+SiO2复合过渡层的方法对于降低和调控薄膜-基底应力梯度的变化有很好的作用。     

TC4钛合金激光焊接应力变形有限元分析

基于ANSYS有限元分析软件,采用三维移动热源,对TC4钛合金激光焊接残余应力和变形进行了数值模拟和实验研究.结果表明:钛合金激光焊接产生很大的纵向残余应力,而横向残余应力较小.激光焊接线能量增加时,纵向残余应力拉伸区域变宽,峰值应力降低;而横向残余应力随线能量的增加而升高.在临界焊透规范以上焊接时,随焊接线能量的增大,角变形随之而减小,而横向收缩变形增大.焊件被完全穿透时,线能量对角变形的影响作用降低.钛合金激光焊接变形和残余应力实验结果与数值计算结果吻合性较好.通过焊缝金相实验分析了焊接残余应力和变形与线能量的内在关系.     

平板式SOFC结构热应力的有限元分析

采用有限元数值计算方法, 对平板式固体氧化物燃料电池(SOFC)的结构建立了三维有限元分析模型, 模拟计算了平板式SOFC单电池在均匀温度场中由于各层部件之间的热膨胀系数差异而产生的热应力, 并对模拟结果进行了分析和讨论, 为优化平板式SOFC的材料选择和结构设计提供了依据. 计算结果表明: 在阳极(或阴极)与电解质界面处出现热应力的最大值; 界面热应力的大小及分布与电极材料的热膨胀系数和温度载荷密切相关.     

SHS-离心法制备陶瓷复合管道热应力的有限元分析

模拟分析了SHS-离心法制备陶瓷复合管道在冷却凝固过程中的温度分布和变化,从而为工艺参数的选择和管道界面结构分析提供了基础.利用ANSYS软件的瞬态热分析功能和热-结构耦合功能,数值上模拟复合管道的残余热应力,分析SHS层厚度对陶瓷复合管道性能的影响.数值分析结果表明,合理调整SHS层的厚度,可使界面残余热应力变小,从而提高陶瓷复合管道的安全可靠性.     

6061Al／SiC层合复合材料在交变温度场作用下热应力的有限元分析

对 60 61Al/ Si C层合复合材料在交变温度场作用下的热应力进行数值分析。采用ANSYS有限元分析软件中的结构单元 ,将金属铝视为弹塑性材料 ,且采用 Mises随动强化塑性模型 ,同时计及温度对材料性能的影响 ,计算了不同温度下的残余塑性变形和热应力 ,并给出了2 0 5℃至 2 0℃交变温度场作用下的残余热应力循环曲线 ,数值计算结果与实验数据复合较好。本文的研究工作为该复合材料的疲劳寿命的预报提供良好的理论基础。     

金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料的介电特性和热学性能研究

研究了金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料作为超高速、大功率集成电路封装基板材料的可行性。采用电容法测量了复合材料的介电性质,结果表明在氧化铝上沉积金刚石膜,能有效降低基片材料的介电系数。碳离子预注入处理使介电损耗降低(从5×10^-3降低到2×10^-3),且频率稳定性更好。金刚石膜的沉积可明显提高基片的热导率,随着薄膜厚度的增加,复合材料的热导率单调递增。当薄膜厚度超过100μm时复合材料的介电系数下降到6.5、热导率上升至3.98W/cm·K,热导率接近氧化铝的20倍。     

莫来石/氧化铝预应力涂层增强氧化铝的弯曲强度和抗热震性能

在陶瓷表面引入含压应力的涂层是一种有效的增强技术。本研究将氧化铝和石英粉混合浆料涂覆在预烧后的氧化铝坯体上,无压共烧原位合成了热膨胀系数较低的莫来石–氧化铝涂层。利用降温过程中涂层内形成的残余压应力实现了氧化铝陶瓷的预应力强化。结果表明：随着涂层中石英掺量增加,预应力氧化铝的强度出现先增大后减小的趋势;当涂层中掺入石英的质量分数为15%时,预应力增强效果最好,涂层与基体界面结合紧密,预应力氧化铝陶瓷的弯曲强度达到(549.44±27.2)MPa,比普通氧化铝的强度提高了37.19%;当涂层中掺入石英的质量分数增大到15%以上,由于烧结收缩不匹配反而引起强度下降;这种预应力增强效果会随着温度升高逐渐减弱,当测试温度达到并超过1000℃时,预应力氧化铝和普通氧化铝会具有大致相等的抗弯强度。由于表层压应力的存在,预应力氧化铝还展现出更好的抗热震性能和损伤耐受性。     

Analytical and Finite Element Analysis of Thermal Stresses in TiN Coatings

The thermal residual stress and associated effects in TiN coatings with planar and nonplanar surface roughness on silicon (100) substrates were analyzed using both analytical and finite element (FE) modeling. The effect of growth temperature (T_s), thickness, and the modulus of elasticity on the stress evolution in TiN coatings is reported. The results indicate that the variable thermal stress in the TiN coatings is due to the existence of both positive and negative temperature gradients and thus the resultant existence of disparity of the coefficient of thermal expansion between the substrate and the coating.