紫外激光单脉冲辐照损伤金属薄膜的数值模拟研究

针对不同厚度的镍膜以及金膜,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics研究了波长248nm、矩形脉冲宽度14ns激光辐照损伤阈值随膜厚变化的物理过程。本研究与他人的理论计算和实验测得的结果基本一致,研究表明:在高强度单脉冲激光均匀辐照下,金属薄膜表面的损伤主要是由于激光能量在其材料内部的沉积而导致的热效应引起的;当金属薄膜的厚度小于其光学吸收长度时(镍膜厚度<8nm,金膜厚度<12nm),其熔融损伤阈值随着薄膜厚度的增加而减小;当薄膜厚度大于光学吸收长度而小于其热扩散长度时(镍膜厚度8~730nm,金膜厚度12~1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度增加而线性增加;当薄膜厚度大于其热扩散长度时(镍膜厚度>730nm,金膜厚度>1 050nm),其熔融损伤阈值随薄膜厚度的增大基本保持不变。     

脉冲激光冲击处理下电镀铜薄膜疲劳特性分析

采用20 W光纤激光器对电镀铜薄膜双侧U形缺口试件进行激光冲击处理。试件采用准LIGA(lithographie,galvanformung,abformung)工艺电镀方法制备。在室温条件下,通过控制载荷对激光冲击处理前后的试件进行脉动拉伸疲劳试验,研究分析其机械疲劳特性变化的机理。通过对比冲击情况下同一周次的疲劳滞后环面积,发现激光束冲击到缺口边缘内侧的试件疲劳性能明显提高。研究表明,在各自一定的名义应力范围内,未经冲击处理强化试件的损伤要比激光冲击处理强化后试件的损伤大。激光冲击处理方式可使材料的疲劳性能增强,从而使疲劳寿命延长。     

纳秒激光薄膜损伤机理和应用研究

根据我国强激光装置建设和工程任务对强激光薄膜元件的需求,基于对薄膜损伤机制的认识,同济大学提出了“全流程定量化”控制缺陷制备激光薄膜的思路。同济大学利用结构、性质可控人工小球制作定量化人工缺陷,系统研究了基板加工、超声清洗、电场模拟与调控、镀膜材料与工艺选择、镀后后处理、激光预处理、传递与保存等因素对薄膜元件激光损伤特性和损伤规律的影响。从损伤形貌和损伤规律上证实了节瘤缺陷电场增强理论模型的正确性,促进了研究人员对节瘤缺陷损伤机制的认知深度,提出了提升薄膜损伤性能的新途径,创建了新材料,实现了可兼顾环境稳定性、光谱特性和损伤特性的多功能强激光薄膜制备,有力支撑了我国强激光装置建设和激光技术的进一步提升。     

真空紫外辐照对Lumogen薄膜损伤及光学性能的影响

为研究Lumogen(C22H16N2O6)薄膜在真空紫外波段的光致发光特性及辐照损伤,采用热阻蒸发法,以氟化镁为基底制备Lumogen薄膜.使用真空紫外荧光光谱仪、原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外?可见分光光度计等仪器分别对薄膜的光致发光特性、荧光强度衰减变化、表面形貌、透过率等进行测试与表征....     

基于弹塑性有限元分析的电镀铜薄膜缺口疲劳断裂特性研究

对11.5 μm厚中间缺口电镀铜薄膜的单向拉伸疲劳断裂特性进行研究.试件采用准LIGA(lithographie, galvanformung, abformung, 光刻、电铸、塑铸的完美结合)工艺制作.试验观测发现,多数电镀铜薄试件断裂发生在缺口根部,断裂表面与缺口Y向对称轴线夹角约成12°,以沿晶断裂为主.利用弹塑性有限元分析,模拟得到断裂危险区域为缺口根部;连接危险区域边界点与缺口曲率中心的边界线,与缺口Y向对称轴线的夹角约成±14.2°范围内,与试样断裂情况相符;缺口根部断裂主要受拉伸应力控制.用Neuber方法所得结果与有限元分析结果进行对比,间接验证有限元分析结果的合理性.     

非晶合金薄膜铜衬底的低损伤超光滑制备

依据非晶合金薄膜生长对铜衬底的超光滑和低损伤要求,通过采用蓝宝石替代物实现进行式机械研磨。数值模拟结果表明能有效降低铜衬底的表面应力,试验测试表明替代物蓝宝石基片能有效地改善Rt值分布;通过设计开发动压浮离抛光基盘,利用液动压效应使得抛光时铜衬底与磨粒之间呈软性接触状态,改善了抛光的润滑状态。综合采用纳米压痕、NT9800白光干涉仪、透射电镜分析铜衬底表面及亚表层特性,测试分析结果表明,制备的铜衬底表面粗糙度Ra0.37 nm、Rt4.94 nm,亚表层材质致密均匀,亚表面晶格分布有序,晶格间的距离较一致,采用进行式机械研磨和动压浮离抛光方法对铜衬底实现了低损伤超光滑制备。     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。     

170ps激光脉冲辐照可见光面阵Si-CCD的实验

开展了532 nm ps激光辐照面阵Si-CCD的实验研究,建立了532 nm,170 ps激光辐照Si-CCD效应实验测量系统,观察到了各种典型的干扰和损伤效应现象并测量了阈值.对破坏后的CCD器件的微观结构进行了显微观察,并深入分析了各种典型实验现象和电路层面的损伤机理.开展了10 ns和150 f,激光对CCD探...     

疲劳损伤钢件修复的最佳时机

为了研究影响疲劳损伤中间退火修复效果的诸因素 ,找出最佳修复时机的变化规律 ,在恒应变± 0 .5 %和± 0 .8%控制下 ,对 40Cr调质钢进行疲劳循环加载 ,求得存活率为 90 %时的寿命Nf。将试样疲劳加载到少于Nf 的不同周次后 ,再进行中间退火修复。发现中间退火可以延长损伤件的疲劳寿命。本次试验条件下能使疲劳寿命提高到原始试样的二倍。修复效果与损伤周次和承受的循环应变大小有关。用高灵敏度电阻仪和TEM对疲劳损伤过程与修复后材料的微观结构进行测试和观察。发现中间退火不能使损伤的材料恢复到原始材料状态。疲劳加载对材料的微观变化有两个相反的影响 ,疲劳损伤导致形成微观裂纹 ,但疲劳加载在材料中累积的应变能在中间退火过程中 ,作为附加驱动力 ,促使材料更加均匀、稳定 ,从而减少了形成微裂纹的条件。当循环应变增加 ,获得最佳修复效果的损伤周次减少。     

激光辐照LY12CZ铝合金试样及构件疲劳寿命的影响

介绍了激光辐照强化处理ＬＹ１２ＣＺ铝合金及其构件的研究概况，在材料性能研究的基础上进行了模拟件试验，研究了辐照处理对疲劳寿命的影响。试验结果表明，激光辐照强化处理能显著提高飞机构件的疲劳寿命。     

基于疲劳强度的铰链梁结构优化设计研究

以有限元法作为结构分析手段,建立金刚石六面顶压机的关键零部件——铰链梁的有限元力学模型和结构优化设计模型,在考虑疲劳强度的条什下,完成铰链梁的结构优化设计,为金刚石六面顶压机关键零部件的设计提供一套较为完整的设计方法和设计系统。同时,针对饺链梁的具体情况和特点,采用IGES数据交换标准,实现实体建模软件Pro／E和有限元分析软件ANSYS之间的有效数据交换,形成一个较为有效、完整的铰链梁CAD（computer aided design）／CAE（computer aided engineering）集成设计系统,为CAD（computer aided design）／CAE（computer aided engineering）／CAM（computer aided manufacture）系统集成研究提供有益的尝试。利用ANSYS的APDL参数化语言,编制铰链粱的结构优化设计程序ODPST,采用零阶优化方法进行铰链梁的结构优化设计,得到精确可靠的设计参数,有效提高铰链梁的抗疲劳性能和强度。     

基于材料非稳态疲劳损伤过程的可靠性分析智能化仿真方法

材料的疲劳损伤受诸多因素的影响 ,是一个非稳态过程 ,其瞬态损伤与材料性能、载荷应力间表现为复杂的非线性映射关系 ,难以用确定性的数学函数准确表达。为此摒弃了能量均匀耗散及线性累积损伤理论假设 ,采用神经网络技术进行描述 ,准确反映了材料疲劳损伤真实演变过程 ;建立了疲劳失效动态准则 ,综合考虑了材料疲劳性能及载荷的随机性 ,能够正确反映两者的个体性能及相互关系 ,并运用离散事件仿真原理 ,构造了材料疲劳可靠性分析和智能化仿真系统 ,用以准确地进行随机载荷的疲劳寿命可靠性分析。经正火 35钢随机载荷疲劳试验验证 ,其可靠性分析精度较高。     

某飞机机轮轮毂疲劳寿命分析的损伤力学方法

以某型飞机机轮轮毂为研究对象,对轮毂的疲劳寿命采用损伤力学方法进行分析。首先采用有限元软件Ansys对轮毂结构进行细节应力分析,结合实际情况确定其疲劳危险部位。然后采用损伤力学方法,通过引入损伤变量和损伤驱动力,构建反映材料损伤演化速率的损伤演化方程,并根据手册提供的材料疲劳性能曲线,计算出轮毂材料的疲劳损伤演化门槛值。进而根据损伤力学方法和有限元细节应力计算结果,分析轮毂危险部位的应力循环特征。最终对飞机机轮轮毂的疲劳裂纹萌生寿命范围进行判别,得到疲劳寿命符合设计要求的结论。     

金属构件双变量疲劳损伤模型的研究

引入描述双变量损伤条件下的本构关系,进而以热力学原理为基础,引入损伤驱动力,建立损伤演化准则。构建一般情况下的时间型损伤演化方程和循环型损伤演化方程。利用分离变量方法再对损伤演化方程积分,得到光滑试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法。根据损伤力学守恒积分原理,得到有缺口试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法。利用上述寿命预估方法,由KT=1与KT=3的标准试件中值疲劳试验数据确定损伤演化方程中的材质参数。在此基础上给出不同KT下的理论中值疲劳曲线,为采用损伤力学方法来描述构件的疲劳寿命提供一种可行的方法。     

基于累积损伤的三维复合材料层合板疲劳寿命研究

基于渐进疲劳损伤模型,建立复合材料层合板的三维疲劳寿命预测模型,模型以单向板单轴疲劳试验数据为基础,结合正则化剩余刚度模型、正则化剩余强度模型和等寿命曲线,通过层合板三维应力分析、失效分析和材料性能退化的循环迭代进行疲劳寿命计算,在Ansys软件平台上利用APDL语言编写相应的计算程序,估算不同铺层参数层合板在单轴和多...     

基于能量耗散的疲劳损伤模型

能量的耗散和晶体显微结构的运动与演变有关。根据金属显微结构稳定性原理,利用自由能的变化将微观角度的显微结构变化与宏观的疲劳损伤过程联系起来,并用储能定义损伤变量。提出获得储能的数值方法,建立基于不可逆能量耗散的疲劳损伤演化模型;并对该模型用40CrNiMoA的两级加载试验进行验证,预测结果与试验结果吻合较好。     

直流电脉冲修复LY12CZ铝合金疲劳损伤的研究

利用铝合金的导电性可对其损伤进行电修复,由于损伤可导致电阻变化,试样修复前后电阻值的变化可以作为判断修复程度的参考依据。将厚度为2mm的LY12CZ铝合金板材在225MPa不同循环周次下造成疲劳损伤,采用直流电脉冲修复损伤试样,并用电桥测量原始、疲劳后和修复后试样的电阻。用光学显微镜和透射电镜观察组织变化。结果表明,LY12CZ铝合金试样疲劳后,电阻值增加,经过电脉冲处理后,电阻减小,但并未恢复到原始试样的电阻值。用电阻变化可大致判断疲劳损伤的修复程度。在最大电流密度为175A/mm2下的直流电脉冲最佳的修复时间为0.8s。LY12CZ铝合金疲劳后位错密度增加,电脉冲处理后位错密度减少,并可以改变强化相与基体的界面结合程度。     

基于损伤本构的齿轮疲劳模型

在损伤本构模型基础上,依据Lemaitre-Chaboche塑性损伤理论,建立了一种新的齿轮材料疲劳损伤模型,导出了齿轮材料的疲劳寿命理论方程,结果表明基于损伤本构的疲劳损伤模型正确反映了材料属性、三轴应力比、应力幅值水平对疲劳寿命的影响,而且给出了这种新的理论疲劳理论模型算例验证,分析了该模型与传统名义应力S-N曲线形式的统一性,为预测齿轮材料的寿命提供了一种新的途径。