多晶铜微小试样的ISDG试验

介绍了新近研制的用于测量微电子机械系统(MicroelectronicMechanicalSystem,MEMS)材料机械性能的单轴拉伸试验系统。拉伸试样的厚度只有200μm,试验段宽度为300μm,用有限元法模拟拉伸试验时试样的应力分布,分析试样几何形状参数对应力分布的影响并优化设计了试样,采用激光干涉应变计法测量试样应变,得到多晶铜试样的应力应变曲线。     

微机电系统(MEMS)中薄膜力学性能的研究

主要介绍微机电系统（MEMS）中几种测量薄膜力学性能的方法，如纳米压入法、单轴拉伸法、基底弯曲法、微旋转结构法，比较了各种方法的优缺点。这对MEMS器件的设计与研究具有重要意义。     

单轴微拉伸MEMS材料力学性能测试的系统集成

为了对微米尺度薄膜材料的力学性能进行测试,开发了一套成本较低的单轴微拉伸MEMS材料力学性能测试系统。首先,根据有限元模拟优化设计测试样片,使其能够易于夹持、准确对中,以利于应力和应变的测量。接着采用三维非硅UV-LIGA微加工技术制备了Ni薄膜样片。根据单轴拉伸测试过程和硬件构成,以Visual Basic为平台编译了一套数据采集与分析系统。最后,应用该测试系统完成对电镀Ni薄膜材料性能的测试。实验结果表明,该系统能够精确测试试样应变,精度达到0.01μm,拉伸力精度达到mN级。得到的电镀Ni薄膜材料的杨氏模量约为94.5 GPa,抗拉强度约为1.76 GPa。该系统基本满足微米尺度材料单轴微拉伸力学性能测试的需要。     

5000kN双轴徐变试验机的研制

5000kN混凝土双轴徐变试验机,主要用于岩石、混凝土等材料在双轴压缩条件下的松弛试验和徐变试验。本机配备专用夹具,也可进行剪切试验。本试验机可在对试样施加垂直向压力和水平向压力的同时,测量试样的双侧垂直向和水平向压缩变形,即可以进行双轴压缩徐变试验。本机也能进行垂直向单轴压缩试验、水平向单轴压缩试验和水平向单轴拉伸试验。由于本试验机采用了长时保压技术,因此可在低能耗情况下做长时试验,时间可持续一个月。     

大气环境下多晶硅薄膜的疲劳性能

为评估多晶硅薄膜材料的加载可靠性,发展一种新型多晶硅薄膜疲劳性能测试实验系统,利用片外测试方法研究多晶硅薄膜在大气环境下的拉伸疲劳特性.实验试件采用MEMS(micro-electro-mechanical systems)工艺制造,具有相同的长度、厚度和不同的宽度.每个加载条件下重复10次实验,应用Weibull方法对疲劳实验数据进行处理,得到0.35 GPa～0.70 GPa应力幅值范围内5个应力水平下多晶硅薄膜拉伸疲劳的S-N曲线.研究表明,多晶硅薄膜的疲劳寿命随着交变载荷幅值的减小而增大,二者呈对数线性关系.该结果可以直接用于多晶硅薄膜材料MEMS器件的可靠性设计.     

用于延性材料力学性能测定的圆柱平面-小冲杆试验新方法与应用

针对均匀、各向同性、幂律硬化的金属材料圆片试样,以圆柱平面小冲杆对试样圆面中心法向施加压载荷,提出基于能量密度等效的、用于描述试样几何尺寸、材料本构关系参数、载荷和位移之间关系的圆柱平面-小冲杆试验(Flat small punch test, F-SPT)弹塑性模型,并提出获取材料应力-应变曲线和力学性能指标的F-SPT新方法。通过有限元分析对不同弹性模量、屈服强度和硬化指数组合的48种预设材料进行新方法的数值验证,以及对10种金属材料完成F-SPT,结果表明,由新方法获得的应力-应变曲线与有限元分析预设曲线和传统单轴拉伸试验结果吻合良好,此外,由新试验方法获得的弹性模量、屈服强度和抗拉强度与单轴拉伸试验结果误差大部分低于7%。     

基于纳米压痕的线性黏弹材料泊松比的测试方法

将Berkovich压针纳米压痕蠕变和单轴拉伸蠕变试验相结合,提出了一种适合于线性黏弹材料泊松比的测试方法,并采用恒定荷载与恒加载速率2种加载模式测试了聚碳酸酯的泊松比。结果表明:在纳米压痕试验的时间尺度内,线性黏弹材料的泊松比可视为不变,其测量值与电阻应变法的试验结果基本一致,二者相差小于7%,其中恒加载速率压痕蠕变的试验结果更为稳定。     

基于数字图像相关技术的材料真应力-应变计算与试验

真应力-应变曲线对于研究材料的机械性能具有重要意义。介绍了一种基于数字图像相关技术处理拉伸试样局部真应力-应变曲线的方法,通过设计拉伸试验得到不同形式的应力-应变曲线,并进行验证。计算与试验结果表明,传统方法计算得到的真应力-应变曲线只能近似反映试样某个位置的应力应变情况,更适合表征材料均匀塑性变形阶段的机械性能,基于数字图像相关技术的方法可以有效、合理地计算得到拉伸过程中试样不同位置的真应力与真应变,包括颈缩后大应变变形下的真应力与真应变,能够表征材料从加载到断裂破坏过程中不同位置的机械性能。     

一种板材/带材拉伸试验通用夹具的设计与应用

针对拉伸夹具在测试金属板材、带材的室温拉伸和高温拉伸力学性能时带来的不利因素,设计了一套用于板材、带材室温拉伸和高温拉伸试验的通用夹具,详细说明了夹具的设计要求及装配原理,利用楔形和销孔固定双重结构使试样装夹牢固且不变形,设计了楔形槽和楔形块的装配结构,使试样装夹方便快捷.利用该夹具对G H5188和G H3044薄板...     

锆合金薄片材料高温低周疲劳试验技术

提出了一套适用于1～2 mm厚度小试样高温低周疲劳的试验方法,包括薄片漏斗小试样与二次夹具合理设计、MTS引伸计改进、MTS TestStar II PID优化、径向应变向轴向应变换算方法以及泊松比测量方法.对Zr-4合金完成了常温与400℃高温下单轴材料性能试验,给出了Zr-4合金的常规特性参数和弹塑性泊松比并讨论了温度效应.     

多晶硅微机械构件损伤的表面效应

利用电磁力驱动微拉伸装置，考察多晶硅微构件表面粗糙度和施加表面分子自组装膜(octadecyltrichlorosilane，简称OTS)对抗拉强度及断裂损伤的影响。结果表明，微构件的抗拉强度表现出依赖表面性质的表面效应。抗拉强度随表面粗糙度的增加而降低，并受环境气氛的影响。当构件表面施加表面分子自组装膜后，在以上两因素的作用下．多晶硅微构件的抗拉强度提高了32．46％。研究结果可用于微机械构件的材料表面改性设计。     

Deformation measurement around a high strain-gradient region using a digital image correlation method

Digital image correlation could provide deformation information of a specimen by processing two digital images captured before and after the deformation. In this study, a hybrid genetic algorithm, in which a simulated annealing mutation process and adaptive mechanisms are added to a real-parameter genetic algorithm, is used to search for the deformed images to obtain both the strain and displacement data simultaneously. This method is applied to obtain the strain in a high strain-gradient region around a hole in a plate under uniaxial tensile testing. These data are compared with those obtained by using a strain gauge to judge the quality of the obtained strain data. The result indicates that the strain in a high strain-gradient region could be reasonably determined by using the present method.     

焊缝结构微区材料力学性能研究

介绍三种对微区材料力学性能进行测试的方法,微拉伸试验、微剪切试验和维氏硬度试验,并分析其各自的优缺点。采用这三种方法对0Cr18Ni10Ti焊接接头不同区域材料进行力学性能测试,并对试验结果进行比较分析。研究指出,采用微小拉伸试样的微拉伸试验方法测定微区材料的力学性能更为准确可靠。     

超声疲劳试样动态应变测量及应力检定方法

超声疲劳试验技术是实现超高周疲劳测试的有效手段。然而,目前超声疲劳测试缺少应力检定方法,难以保证测试结果的可靠性与准确性。本文首先给出了超声疲劳测试中不同形状试样的设计方法和应力分布理论公式;然后,利用高速动态应变仪和高速相机对不同形状超声疲劳试样的动态应变进行测量,并将测试值和理论值进行了对比分析,证明了超声疲劳试样应变测量的可行性与准确性。在此基础上,提出了基于应变测量结果的超声疲劳试验检定方法,利用测得的应变值对应力值进行校核或修约,有效保证了超声疲劳测试的可靠性和准确性。     

微型机械材料的力学特性测量

概述了国内外MEMS材料力学特性的测量原理、方法和特点,主要包括弹性模量、残余应力、疲劳特性、破坏强度的测量,为微机电系统的设计和制造提供有益的参考。     

二维数字图像相关方法的拉伸实验误差分析

对数字图像相关(DIC)方法的拉伸实验误差进行了系统分析。通过刚体运动实验,从软件模拟计算和硬件两方面研究了DIC方法的实验误差,同时,根据成像原理,分析了离面位移对实验结果的影响。为了检验测试系统的测量精度,将DIC方法与多晶铜试样拉伸实验相结合,比较了不同实验条件下DIC方法与应变片测量的结果,分析认为测量误差主要来源于摄像机噪声及离面位移。鉴于这两种误差难以消除,探索了一种误差修正方法,对系统误差进行修正并得到满意结果。     

一种估计管材硬化模型参数的方法

管材力学性能参数的准确性是影响管材塑性成形有限元数值模拟质量的关键因素之一。单向拉伸试验的试件取自滚弯和焊接等制管工序之前的平板坯料 ,所测应力—应变关系无法真实描述管材的塑性变形行为。单向拉伸试验也不能精确反映管材在实际塑性成形中所处的复杂应力状态。基于各向同性硬化假设 ,本文提出了一种轴压胀形、单向压缩试验和数据拟合技术相结合的估计管材硬化模型参数的方法。有限元数值模拟结果显示 ,由这种方法所估计出的管材硬化模型参数是相当准确的。