金刚石厚膜热残余应力三维模拟及失效分析

运用ANSYS软件建立了三维轴对称有限元模型,对金刚石厚膜(φ40mm×1mm)内部和膜/钼基体界面处的热残余应力各个分量的分布作了全面的模拟,讨论了热残余应力对金刚石厚膜失效的影响.结果表明,金刚石厚膜内的热残余应力各个分量并非均匀分布,离界面越近,其值越大;界面处大的轴向拉应力和剪应力对于厚膜从基体上脱落有重要影响;在膜的上表面靠近外边缘局部区域内存在较大的径向拉应力和轴向拉应力,是造成膜开裂失效的原因;本文的三维有限元模型比以往的一维解析模型更全面,且能更合理地解释金刚石膜的失效现象.     

基于超声高阶兰姆波的薄板应力测量技术研究

金属薄板结构在加工制造和服役的过程中,通常会伴随着残余应力和外部应力,过大的应力会使薄板产生变形,严重影响整体结构的正常工作。应力状态的评价是判断工程构件是否安全和可靠的一项重要指标,超声应力检测法是一种有效的应力无损测量方法。针对超声应力测量技术对薄板结构应力灵敏度不高且研究较少的问题,提出了一种基于超声高阶兰姆波的薄板应力测量技术。首先,基于Bloch-Floquet边界和域约束的有限元特征频率法,研究了兰姆波各高阶模态的声弹性效应,选取应力敏感的兰姆波模态。然后,搭建超声兰姆波应力测量系统,在特定频率激励A₁模态,并在均匀薄板中进行应力标定。最后,在非均匀薄板中进行应力检测,成功检测出薄板中不同位置的应力,且最大应力误差为15 MPa。结果表明,该文从理论和实验方面验证了超声高阶兰姆波的薄板应力测量技术,可以实现金属板材中的应力准确测量。     

螺旋形热双金属元件的设计

本文简单介绍了一种应用在微型过流保护断路器中的热双金属元件,重点阐述了其设计与计算过程.     

板上芯片固化及热处理过程中表面残余应力的演变

利用硅压阻传感器实时原位地记录粘接剂固化过程中的应力变化和残余应力的分布状况,以及在热处理过程中应力的演化过程.研究表明,若粘合剂固化后在空气中储存20天,应力将在后续热处理过程中急剧增加;而固化后接着经历峰值为150℃左右的热处理过程,则可以使残余应力稳定在一个相对低的值.     

板上芯片固化及热处理过程中表面残余应力的演变

利用硅压阻传感器实时原位地记录粘接剂固化过程中的应力变化和残余应力的分布状况,以及在热处理过程中应力的演化过程.研究表明,若粘合剂固化后在空气中储存20天,应力将在后续热处理过程中急剧增加;而固化后接着经历峰值为150℃左右的热处理过程,则可以使残余应力稳定在一个相对低的值.     

基于虚拟仪器技术消除残余应力的综合实验平台

研发了基于开放式模块化和虚拟仪器技术的消除残余应力综合实验平台。平台兼顾了软硬件的优点,能够为学生开出创新实验、综合设计实验、研究性实验和面向工程应用实验等多种实验,为了培养学生的创新实践能力、自学能力、独立分析能力、多学科知识综合运用能力和解决工程实践能力提供了重要途径。     

激光快速成形金属零件的残余应力

激光快速成形技术是近几年国际上广泛关注的一种先进的实体自由成形技术 ,能够直接成形高性能的致密金属零件 ,具有无模具、短周期、低成本、市场响应快等特点。本文简要分析了激光快速成形件残余应力的形成机理及分布规律 ,概述了残余应力对成形件力学性能结构尺寸、实际使用等方面的影响 ,探讨了实验测定残余应力的方法及调整和消除残余应力的有效手段等     

激光电弧复合焊变形及残余应力的数值分析

基于Ansys Workbench软件平台,采用热弹塑性有限元法对304不锈钢激光电弧复合焊接试验进行数值模拟,数值计算得到的残余应力及热变形结果与焊接工艺试验结果吻合.分析不同激光功率下温度场与结构场的变化,研究激光功率对复合焊接热变形及残余应力的影响.结果表明:激光功率对复合焊接的最大变形量以及残余应力峰值有影响,...     

基于DOE策略的多层薄膜残余应力对太赫兹微桥形变的影响

桥面多层膜系残余应力匹配是消除太赫兹微测辐射热计微桥结构形变的重要手段.仿真建立了像元尺寸为35μm×35μm微桥单元有限元模型.基于实验设计(DOE)正交法,采用IntelliSuite软件进行应力仿真,获得支撑层、钝化层、电极层、热敏层、吸收层应力分别为+200 Mpa、+200 Mpa、+200 Mpa、0 Mpa、-400 Mpa的最佳应力组合,最小微桥单元形变(0.0385μm).通过各膜层残余应力控制,制备出基于该优化微桥单元结构的320×240太赫兹焦平面阵列,获得与仿真结果相符的极小形变微桥.     

BST薄膜的残余应力分析

采用射频磁控溅射在Pt/Ti/SiO2/Si(100)衬底上制备了钛酸锶钡(BST)薄膜,利用气氛炉对薄膜进行晶化处理,晶化后薄膜的应力采用XRD表征。研究其残余应力随晶化温度变化的趋势。结果表明:在550,650,700℃晶化后的BST薄膜宏观残余应力表现为压应力,且随着晶化温度的升高,呈线性变大。     

磁控溅射Cu膜的织构与残余应力

用磁控溅射工艺在不同沉积温度制备200 nm与2μm厚的Cu膜,并用X射线衍射仪(XRD)与光学相移方法测量薄膜织构与残余应力.结果表明,对于200 nm厚Cu膜,随着沉积温度T增加,晶粒取向组成几乎保持不变,薄膜具有较低拉应力且不断减小;而对于2μm厚Cu膜,随着T增加,Cu<111>/Cu<200>晶粒取向组成比值急剧减小.薄膜具有较大的拉应力且不断减小.根据表面能、应变能及缺陷形成等机制对薄膜残余应力与织构的演化特征进行了分析.     

激光熔凝镍基热喷涂层残余应力的X射线衍射分析

本文用X射线衍射法研究了45号钢基体上镍基热喷涂层经激光熔凝处理后的残余应力。     

激光熔覆热影响区及残余应力分布特性研究

采用三维有限元分析方法对16MnR钢激光熔覆Ni-Cr-B-Si合金粉末过程进行了仿真分析,得到了不同激光熔覆参数(激光功率、扫描速度、光斑直径)下的温度场及残余应力分布。采用两种方法来判断最优的激光熔覆工艺参数:1)利用正交试验的直观分析法对基体材料热影响区深度进行进一步分析以获得最优参数;2)利用最大残余拉应力和材料断裂强度的比值来选择最优参数。两种方法得到的最优激光熔覆参数相同。     

激光冲击强化区的残余应力测试分析

用高重复率钕玻璃激光器,对QT700-2进行了激光冲击强化处理,利用X-350A残余应力测试仪对QT700-2激光冲击强化区残余应力进行了测试,结果显示经激光冲击处理后试件表面具有较高的残余压应力,可达-200Mpa以上;分析了表面残余应力及沿层深方向残余应力的分布情况。对激光冲击强化处理技术的实际工程应用具有指导性意义。     

固化残余应力对倒装焊器件热-机械可靠性的影响

采用底充胶的与固化过程相关的粘弹性力学模型,通过有限元仿真的方法,模拟了底充胶的整个固化过程,计算出了热循环加载下硅片、底充胶/硅片界面、底充胶内部的应力分布及其幅值大小。结果表明:底充胶的固化过程及由此产生的固化残余应力不但使得硅片中的最大垂直开裂应力位置偏离中心线达1.6 mm之多,而且还劣化了热循环加载下底充胶中应力幅值约6.25%。最后得出了固化残余应力对倒装焊器件热–机械可靠性的影响是不可忽略的结论。     

固化残余应力对倒装焊器件热–机械可靠性的影响

采用底充胶的与固化过程相关的粘弹性力学模型,通过有限元仿真的方法,模拟了底充胶的整个固化过程,计算出了热循环加载下硅片、底充胶/硅片界面、底充胶内部的应力分布及其幅值大小.结果表明:底充胶的固化过程及由此产生的固化残余应力不但使得硅片中的最大垂直开裂应力位置偏离中心线达1.6 mm之多,而且还劣化了热循环加载下底充胶中应力幅值约6.25%.最后得出了固化残余应力对倒装焊器件热–机械可靠性的影响是不可忽略的结论.     

掺杂铌和钴元素的PZT薄膜的残余应力测定

锆钛酸铅(PZT)薄膜具有优异的压电性能,是制作微机电系统(MEMS)振动式能量收集器的理想材料。在溶胶-凝胶法制备PZT薄膜的过程中产生的残余应力会对能量收集器有负面影响。该文利用X线衍射法对在退火温度分别为650℃、700℃、750℃、800℃下掺杂铌(Nb)和钴(Co)元素的PZT薄膜样品的残余应力进行了测定。实验结果表明,PZT薄膜样品中的残余应力表现为压应力,从650℃升高到750℃的过程中,随着退火温度的升高薄膜中的残余应力增大;直到750℃附近后,残余应力基本保持稳定。     

激光冲击波诱发的钢材料残余应力的估算

依据激光冲击强化处理时被处理材料表层产生残余应力这一事实,应用弹塑性力学理论,对激光冲击强化处理过程中材料表层强化产生的残余应力进行了理论分析。并结合实验数据,用数学拟合方法给出了激光冲击处理金属材料表层残余应力估算的经验公式。结果表明该公式估算值与实验测试值有着很好的一致性。同时分析了剪切应力、数学建模、弹性模量、泊松比、残余应力的实验数据处理等对理论估算公式的影响。     

马氏体不锈钢激光表面熔化处理后的表层残余应力

采用两种极端的多道顺序激光扫描工艺，证实了马氏体不锈钢激光表面熔化处理后表层残余应力并非都是压应力。残余应力性质与熔池尺寸和重叠区相对大小有关。表面重叠区宽度大于熔池表面宽度一半，才会有明显的表层压应力；重叠区过小，往往为拉应力。