刚性薄膜/柔性基体结构面内压缩屈曲行为数值模拟与分析

在薄膜复合材料的制备和工作过程中,由面内残余应力或外加应力引起各层间的失配应变经常造成薄膜结构的屈曲。针对刚性薄膜/柔性基体这类复合材料结构的屈曲行为,基于复变函数理论建立了结构弹性稳定性分析方法,分别对单轴和双轴面内压应力引起的屈曲特征参数进行数值求解。结果表明临界前屈曲薄膜应力是结构的固有特征,取决于材料和几何参数;在单轴和非等双轴应力作用下,临界前屈曲薄膜应力随薄膜/基体弹性模量比增大而减小,面内仅有一个方向屈曲波数不为零;在等双轴应力作用下,临界前屈曲薄膜应力和无量纲屈曲波长的影响因素由基体/薄膜厚度比决定,任何满足波数方程的屈曲模态都有可能出现。     

单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟

使用三维分子动力学方法模拟了单晶铜薄膜的纳米压痕过程,研究了压头半径对纳米压痕过程的影响;采用Morse势函数计算试样原子与压头原子之间、试样原子之间的相互作用关系.结果表明:单晶铜薄膜纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形;纳米压痕过程具有尺寸效应,压头大小对单晶铜薄膜纳米压痕的分子动力学模拟结果有显著的影响.     

残余应力测量法中压痕标定实验的分析

基于压痕法测量构件内部残余应力的实验原理，在有限元分析的基础上进行压痕标定实验的分析和探讨，该压痕标定实验主要由法向加载装置向试件表面局部加载P，在试件接触表面产生弹塑性变形，应变量测量系统完成试件在加载后的应变量△ε的测量工作。压痕标定实验结果表明，应变量△ε与内部应力σo、法向局部载荷P和测量距离L等有关，因此合理选择各项参数将会提高压痕标定实验的准确性。     

连续球压痕法表征幂硬化金属材料拉伸性能的 有限元模拟

应用ABAQUS软件,采用二维和三维建模方法对典型幂硬化金属材料6061铝合金的连续球压痕试验进行了模拟,得到了压痕载荷-深度曲线,并进行了压痕试验验证;基于压痕载荷-深度曲线计算得到不同方法下的拉伸性能参数,并与单轴拉伸试验结果进行对比,分析了试样厚度、相邻球压头距离等压痕试验参数对拉伸性能计算结果的影响。结果表明:采用三维建模方法得到的压痕载荷-深度曲线与球压痕试验得到的更吻合;由三维建模方法得到的表征应力、表征应变数据与拉伸试验得到的应力-应变曲线更吻合,抗拉强度和屈服强度计算值与试验值的相对误差均不超过1%,说明该方法能够准确地表征试验合金的拉伸性能;影响拉伸性能的临界试样厚度和临界相邻和压头距离均为压头半径的4倍。     

压痕法测定薄膜(涂层)的界面结合强度

讨论了压痕法测定薄膜（涂层）界面结合强度的两个模型，包括Chiang模型和Evans模型，并就薄膜（涂层）界面结合强度的压痕法表征提出了一些新的见解。     

各向同性热解石墨的纳米压痕试验与有限元仿真研究

通过对各向同性热解石墨进行了纳米压痕试验,得到了其材料的载荷-位移曲线.并根据Olive和Pharr理论算出了其硬度与弹性模量值,得到了主要的材料性能.在纳米压痕试验的基础上,通过有限元单元法建立了纳米压痕试验的数值模型,通过比较有限元所拟合的载荷一位移曲线和实际纳米压痕试验所得到的曲线,进行相应的修正,最后得到了该材料的塑性性能,也证明了有限元仿真的可行性.     

硬度影响压痕弹塑性行为的有限元分析

以具有不同硬度40Cr为研究对象,根据集中载荷下的接触模型和赫兹理论,计算了压痕接触半径和压痕附近弹性区域的表面局部接触应力,并采用有限元法,分析硬度物理量对压痕弹塑性行为、局部接触应力、卸载后保留在内部的残余应力的影响,探讨压痕参数、压痕接触应力、残余应力与硬度之间的关系以及载荷增加时它们的发展.结果表明,相同载荷下塑性隆起量、压痕接触半径、压痕量和塑性区范围随着硬度值的提高而减小,弹性回弹量、最大接触应力和残余应力随硬度提高而增加;压痕周围处接触应力和残余应力、其分布范围和塑性区域随载荷的增加而增加.     

应用纳米压痕法测试类金刚石薄膜的力学性能

纳米压痕仪被称为材料机械性质微探针,它借助于加载-卸载过程中压痕对载荷和压入深度的敏感关系,使得测试始终在薄膜材料的弹性限度内,克服了维氏法和努氏法等传统方法引起压痕边缘模糊或者碎裂的缺点,从而正确地、可靠地测试出薄膜材料的硬度和弹性模量等纳米力学性能.试验用微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积技术,在不同偏压条件下制备三种类金刚石薄膜(DLC膜),用纳米压痕仪测试不同载荷下薄膜的硬度和弹性模量值.试验结果表明,材料的纳米硬度和弹性模量随着载荷的增大而逐渐减小.     

TiNi表面磁控溅射DLC薄膜的纳米压痕与摩擦性能

采用室温磁控溅射技术在TiNi合金表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),采用拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球-盘式摩擦磨损仪研究DLC薄膜的结构、纳米压痕和摩擦性能.结果表明:制备的DLC/SiC薄膜石墨含量高、纳米硬度(5.493 GPa)低、弹性模量(62.2447 GPa)低.在以氮化硅球(半径为2mm)为对摩件,4.9N载荷、室温、Kokubo人体模拟体液润滑下,该DLC/SiC薄膜具有低且稳定的摩擦因数,其平均值约为0.094.     

2D-C/SiC基体开裂应力的预测

考虑基体和纤维的力学性能随温度的变化而改进已有的模型,预测二维编织碳纤维增强碳化硅复合材料(2D-C/SiC)在室温和高温下的基体开裂应力(σmc)。将预测值与试验值进行比较。结果表明:ACK(Aveston-CooperKelly)模型和Evans公式不能很好地预测σmc随温度升高而变化的趋势。在考虑热残余应力对σmc的影响后,获得Budiansky公式和Mei公式修正的ACK模型和Evans公式,修正后的公式预测σmc的精度提高。在900℃¹ 300℃范围内,经Budiansky公式修正的ACK模型和Evans公式的预测值与试验值吻合较好。经Mei公式修正的Evans公式较理想地预测室温1 300℃范围内,经Budiansky公式修正的ACK模型和Evans公式的预测值与试验值吻合较好。经Mei公式修正的Evans公式较理想地预测室温¹ 300℃之间的σmc。     

钝化压头纳米压入测试硬度的变化及校正

文中通过量纲分析和有限元数值计算，分别对弹塑性材料在Berkovich理想压头和钝化压头作用下的压入响应进行了分析，揭示了理想压头Oliver＆Pharr压入硬度与钝化压头压入硬度的关系，据此，可以把钝化压头作用下的压入硬度校正至理想压头下的测试硬度。     

残余压应力场中薄膜纳米测量硬度的变化与校正

利用量纲定理和有限元法系统分析了残余压应力场中薄膜硬度的变化规律,在此基础上提出了薄膜硬度的修正公式.该修正公式把有、无残余应力时的薄膜硬度比值Hr/H0、卸载功和压入总功的比值We/W、残余压应力σr和硬度的比值σr/Hr联系起来,据此,只要测定薄膜纳米压入加、卸载曲线及薄膜中的残余压应力,便可最终确定无残余应力时的薄膜硬度.     

微波功率组件基板热阻研究

基于热阻解析模型,对微波功率组件基板热阻进行了理论分析,获得无量纲基板参数与基板热阻的关系曲线。借助于数值仿真计算了基板厚度对微波功率组件芯片温度的影响,并根据理论分析模型,分别测试了不同热耗和不同基板厚度条件下的芯片温度,分析了厚度、热耗和芯片温度的关系。试验结果与理论分析一致,研究结果有助于改善高热流密度微波功率组件的芯片性能。     

基底组织对酸蚀预处理工艺及金刚石薄膜特性的影响

采用原子吸收光谱(AAS)标准曲线法对YG系列硬质合金刀具酸蚀后浸蚀溶液中的Co浓度进行了定量测试;采用洛氏硬度(HRC)计跟踪测试了不同酸蚀时间后刀具硬度的变化;采用扫描电子显微镜(SEM)观察了硬质合金刀具酸蚀前后的组织变化及金刚石薄膜的组织形貌。结果表明:YG类硬质合金刀具基底含Co量越高,基底晶粒越粗大,酸蚀速度越快,酸对基底组织刻蚀能力越强;随着酸蚀时间的延长,硬质合金刀具硬度不断降低,YG6、YG6X、YG8刀具分别在刻蚀300秒、420秒、180秒后出现刀具硬度急剧下降。镀膜结果显示,YG6、YG6X刀具最佳酸蚀预处理时间分别为300秒和420秒;对于YG8刀具,只有增加酸蚀时间以消除或减弱Co的不利影响,但这将导致刀具机械性能显著下降。     

沉积温度及膜厚对离子镀银膜结构及摩擦学性能的影响

采用离子镀在不锈钢和45钢基体表面低温沉积银薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和真空摩擦试验机对低温沉积银膜的晶体结构、表面形貌和摩擦学性能进行了研究.结果表明:银膜的择优取向度随着沉积时间的延长和基体温度的降低具有明显变化;在-147℃沉积6 min条件下制备的银膜为表层具有(200)择优取向及底层为(111)择优取向的双层结构;银膜在载荷较高时也有较好的摩擦学性能.     

基于宽光谱的嵌入式膜厚监控系统

为了实时准确监控光学镀膜膜层厚度,基于宽光谱扫描法,结合嵌入式控制技术,开发出一套以ARM9与Linux系统的高效嵌入系统为基础,应用于光学镀膜工艺过程监控镀膜层厚度的监控系统。本系统能通过在薄膜生长过程中实时、高精度地测量其宽光谱特性,对镀膜过程进行自动控制。详细阐述了该系统的工作原理、硬件系统和软件系统,实验结果表明,系统具有较高的监控能力,性能稳定。     

硬质合金表面化学镀Ni-P-金刚石粉沉积金刚石膜的研究

利用直流等离子射流装置在以化学镀Ni-P-金刚石粉为过渡层的硬质合金上沉积金刚石薄膜。采用SEM、EDS和X射线衍射仪(XRD)初步探讨了金刚石薄膜的表面形貌和物相组成。结果表明硬质合金刀片表面化学镀Ni-P后沉积金刚石薄膜,金刚石成核密度小、晶形差,难以得到结晶质量良好的金刚石膜。而在硬质合金刀片表面化学镀Ni-P-金刚石粉后沉积金刚石薄膜,成核密度比较高,晶形多为(100),但结合力较差。     

基体偏压对磁控溅射制备CrAlN纳米多层薄膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射技术在不同基体偏压(-60,-70,-80,-90 V)下制备了CrAlN纳米多层薄膜,研究了基体偏压对薄膜微观结构和力学性能的影响.结果表明:随着基体偏压绝对值增大,CrAlN纳米多层薄膜中的氮含量增加,物相组成不变,择优取向由CrN(111)晶面转变为CrN(200)晶面,薄膜表面孔隙减少,组织致密性得...     

变频法纳米级润滑膜厚度测量研究

采用平垫层与单色仪分频相结合的方法，得到了不同波长干涉图像。经过图像处理，使按此原理设计的ＮＧＹ－１型膜厚测量仪实现了纳米量级的膜厚测量。并对测量仪进行了精度分析和实际测试。     

基于Pro/E直齿轮的结构有限元分析

本文通过在Pro/E的Pro/MECHANICA结构分析环境下,利用Pro/E与ANSYS接口技术对直齿轮在一定载荷下的应力、变形情况做了静态分析,使设计工作者对设计模型在真实工作环境下的结构性能进行评估、研究和优化。对于直齿轮结构的优化具有一定的实际意义。