云纹干涉法现场测量中的变形试件栅复制技术

本文研究了云纹干涉法的现场测量技术.该方法在现场测量过程中复制变形的试件栅.试件栅上保留了载荷引起的变形信息,通过云纹干涉法可以得到这些变形信息.该方法不但具有云纹干涉法的所有优点,并且使云纹干涉法可以在光学实验室以外场合中应用.     

微电子机械系统（MEMS）面内位移的扫描离子束云纹法实验研究

本文提出应用扫描离子束云纹法测量微电子机械系统面内变形的新方法。对该方法的测量原理以及实验技术进行详尽地阐述，通过平行云纹典型实验对本方法的测量精度进行了检验。成功地将扫描离子束云纹法应用于微悬臂梁表面氧化层随时间生长所引起的变形测量，实验结果表明了该方法的可行性。     

高分辨率电镜微米云纹法及其应用

文中就云纹干涉法,电子束云纹法,原子力云纹法,扫描电镜云纹法,聚焦离子束云纹测量微区变形的原理和适用性进行了讨论.应用1200线/毫米的云纹光栅并结合云纹干涉法,电子束云纹法,原子力云纹法,扫描电镜云纹法测量QFP和BGA型电子封装组件的热变形.提出一种新型聚焦离子束云纹法,在MEMS结构上制栅形成FIB扫描云纹,成功的实验结果表明这种方法的可行性.     

组件裂尖变形场的云纹显微倍增研究

将云纹干涉法与显微、倍增技术相结合，发展了一种位移场云纹条纹显微倍增方法．对该方法进行了严格的理论推导和精确的实验验证，并用该方法对热载下微电子模拟组件的层间裂纹尖端位移场和奇异性进行了实验研究     

微电子封装组件热应变的云纹干涉法研究

本文提出云纹高频试件栅高温复制组件工艺,并应用于电子封装组件125℃～200℃,热应变的云纹干涉法测量,得到了封装组件表面在高温下的热膨胀系数,本云纹特点是灵敏度高,可全场测量,适用于电子封装组件热变形失效分析.     

碳/环氧复合材料加工引起的残余热变形的微观云纹干涉方法研究

本文提出了一种新的微观云纹干涉法来测量碳/环氧复合材料的热变形.文中对该方法的原理和测量技术进行了详细的讨论,用碳/环氧复合材料制作了一个16层[90°2,0°2,+45°2,-45°2]的试样板,测量了由于加工引起的层间残余变形,计算了层间应变分量εx,εy,γxy.实验结果表明这种微观云纹干涉法能分辨出几十到几百微米范围内的云纹条纹.比传统的云纹干涉法具有更高的分辨率.     

用改进的混合方法分析微电子封装热应变场

介绍一种可用于微电子封装局部应变场分析的实验/计算混合方法,该方法结合了有限元的整体/局部模型和实时的激光云纹干涉技术,利用激光云纹干涉技术所测得的应变场来校核有限元整体模型的计算结果,并用整体模型的结果作为局部模型的边界条件,对实验难以确定的封装结构局部位置的应力、应变场进行分析.用这种方法对可控坍塌倒装封装结构在热载荷作用下焊球内的应变场分布进行了分析,结果表明该方法能够提供封装结构内应力-应变场分布的准确和可靠的结果,为微电子封装的可靠性分析提供重要的依据.     

单光束楔形镜云纹干涉法

本文利用单光束楔形镜云纹干涉法代替传统的双光束云纹干涉法进行位移场和应变场的测量.单光束云纹干涉法具有光路简单,不受环境干扰等特点.本文将云纹干涉法的波前理论与近代光学信息技术有机地结合起来,对单光束干涉系统进行了分析,得到了记录的光强和再现的位移应变公式.利用该系统,得到了三点弯矩形梁的全场位移条纹图和应变条纹图.     

微电子封装实验技术的回顾及发展现状

微电子封装,包括微电力系统及光电子封装,为实验力学开辟了新的研究应用领域,也对传统实验测试方法和测量技术提出挑战.本文讨论了微电子封装的发展趋势、微电子封装可靠性及相关力学问题.随后回顾了微观实验技术在微电子封装领域的发展,最后作者着重提出了一些提高微电子封装组件的可靠性的研究方法及思路.     

微型硅晶体传感器残余变形的云纹干涉法测试

硅是微电子学领域最重要的半导体材料,在硅器件的生产过程和实际应用中造成的硅片内部残余应力将极大地影响硅器件的使用性能和使用寿命.本文利用云纹干涉法和载波技术对微型硅晶体传感器的残余变形进行了研究,获得了理想的实验结果.     

锆基非晶合金的动态弛豫机制和高温流变行为

非晶合金的动态弛豫机制对于理解其塑性变形, 玻璃转变行为, 扩散机制以及晶化行为都至关重要. 非晶合金的力学性能与动态弛豫机制的本征关联是该领域当前重要科学问题之一. 本文借助于动态力学分析(DMA), 探索了Zramorphous alloy,dynamic mechanical analysis,high temperature deformation,structural relaxation,quasi-points defects,1)国家自然科学基金(51971178);陕西省自然科学基金(2019JM-344);中央高校基本科研业务费专项资金(3102019ghxm007);中央高校基本科研业务费专项资金(3102017JC01003)2020-01-062020-04-10非晶合金的动态弛豫机制对于理解其塑性变形, 玻璃转变行为, 扩散机制以及晶化行为都至关重要. 非晶合金的力学性能与动态弛豫机制的本征关联是该领域当前重要科学问题之一. 本文借助于动态力学分析(DMA), 探索了Zr$_{50}$Cu$_{40}$Al$_{10}$块体非晶合金从室温到过冷液相区宽温度范围内的动态力学行为. 通过单轴拉伸实验, 研究了玻璃转变温度附近的高温流变行为. 基于准点缺陷理论(quasi-point defects theory), 对两种力学行为的适用性以及宏观力学行为变化过程中微观结构的演化规律进行描述. 研究结果表明, 准点缺陷理论可以很好地描述非晶合金损耗模量$\alpha$弛豫的主曲线. 基于非晶合金的内耗行为, 玻璃转变温度以下原子运动的激活能$U_\beta$为0.63 eV. 与准点缺陷浓度对应的关联因子$\chi $在玻璃转变温度以下约为0.38,而在玻璃转变温度以上则线性增大. Zr$_{50}$Cu$_{40}$Al$_{10}$块体非晶合金在玻璃转变温度附近, 随温度和应变速率的不同而在拉伸实验中显示出均匀的或不均匀的流变行为. 非晶合金的高温流变行为不仅可以通过扩展指数函数和自由体积理论来描述, 还可以通过基于微剪切畴(shear micro-domains, SMDs)的准点缺陷理论来描述.     

La30Ce30Al15Co25金属玻璃应力松弛行为

作为潜在的工程材料, 金属玻璃在材料科学和凝聚态物理等领域引起广泛的研究兴趣. 金属玻璃结构与性能的关系表明, 金属玻璃的动态非均匀性与其黏弹性和塑性紧密相关. 然而, 宏观应力松弛行为与动态弛豫之间的物理图像并不清晰. 与传统金属材料不同, 金属玻璃的变形机理非常复杂. 应力松弛是一种表征玻璃体系黏弹性和塑性变形机制的有效手段, 从而探索结构和动态非均匀性. 本研究以La₃₀Ce₃₀Al₁₅Co₂₅金属玻璃为模型体系, 在较宽的温度窗口研究了其应力松弛行为. 研究结果表明, 与传统金属玻璃不同, La₃₀Ce₃₀Al₁₅Co₂₅金属玻璃具有明显的β弛豫行为. 基于Kohlarausch-Willams-Watts (KWW)方程的分析表明, 金属玻璃应力松弛为动态不均匀过程; 热动力学分析发现La₃₀Ce₃₀Al₁₅Co₂₅金属玻璃应力松弛存在显著的双阶段行为, 即从高应力条件下应力驱动为主导的松弛行为, 向低应力下热激活为主导的松弛行为发生转变. 通过激活能谱模型分析表明, 应力松弛单元的激活并非均匀, 而是存在能量上的起伏, 金属玻璃对于外力响应是一个渐进过程, 具有动力学不均匀性. 本研究进一步构建了金属玻璃的结构和动态非均匀性之间的关联, 为研究金属玻璃的α弛豫和β弛豫提供了强有力的支撑.      

基于Boussinesq方程的波浪模型

从欧拉方程出发，提供了另一种推导完全非线性Boussinesq方程的方法，并对方程的 线性色散关系和线性变浅率进行了改进. 改进后方程的线性色散关系达到了一阶Stokes波 色散关系的Pad\'{e}[4,4]近似，在相对水深达1.0的强色散波浪时仍保持较高的准确性，并且方程的非线性和线性 变浅率都得到了不同程度的改善. 方程的水平一维形式用预估-校正的有限差分格式求解， 建立了一个适合较强非线性波浪的Boussinesq波浪数值模型. 作为验证，模拟了波浪在潜 堤上的传播变形，计算结果和实验数据的比较发现两者符合良好.     

New insight into the kinetic behavior of the structural formation process in agar gelation

Experimental investigations based on our custom-built torsion resonator were carried out on the kinetics and relaxation of the structural formation process in three agar–water solutions with agar concentrations of 0.75, 1.0, and 2.0 % w/w under natural cooling. An interesting temperature-dependent oscillatory decaying behavior of the structure development rate (SDR) in the agar gelation process is observed. This oscillatory SDR-decaying behavior is indicative of a sum of multiple SDR-determining relaxation processes and could be quantitatively described by a multiple-order Gaussian-like equation, i.e., $dG^{\prime }/dt\equiv \sum \nolimits _{n=0}^{m}{dG^{\prime }/dt}^{(n)}=\sum \nolimits _{n=0}^{m}K_{n}{\rm exp}[-2(T-T_{n})^{2}/W_{n}^{2}]$ . The ${\rm T}_{n}$ dependences of ${\rm W}_{n}$ in the gelation zone were also found to follow the Arrhenius law with activation energies of 39–74 kJ/mol for three investigated samples, indicating the important role of formation or fission of the hydrogen bonding interaction playing in the agar structural network formation. These findings provide insights into the mechanical properties and distinctive structure development rates of agar sols that dynamically and naturally evolve to form gels.     

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基于形状记忆合金Brinson一维热力学本构关系和von K\'{a}rm\'{a}n几何非线性薄板理论，研究了径向嵌入SMA丝复合材料加热圆板在横向均布 机械载荷作用下的弯曲响应， 获得了周边不可移简支和夹紧圆板的中心最大挠度与升温之间的关系曲线. 结果表明，形状 记忆合金丝在从马氏体向奥氏体的逆相变过程中所产生的相变回复力对板的弯曲变形具有明 显的调整作用. 通过嵌入SMA纤维丝和施加升温载荷可以主动而有效地调节受机 械载荷作用圆板的弯曲变形.     

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简述了多刚体系统接触及碰撞动力学的研究方法，详细回顾了考虑库仑摩擦的多刚 体系统的能量不协调、Painlev\'{e}疑难及碰撞恢复系数等该领域中难点问题的研 究进展，探讨了解决该难点问题的研究思路，指出了未来该领域的研究方向.     

壁湍流相干结构尺度及边界层内的SL标度律

利用高分辨率、高帧率PIV系统对湍流边界层中相干结构的多种空间尺度和边界层内SL 标度律在不同尺度下的具体表达形式进行了实验研究. 实验在两个动量损失厚度雷诺数 (Re_{\theta}=628.5和Re_{\theta}=1032.9)下测量平板湍流边界层中缓冲 层、对数区和外区的二维瞬时速度场. 应用 小波分析以及传统的统计学方法，在垂直于平板和平行于平板的平面内考察平板湍流边界层 中存在的相干结构的流向和展向尺度，并与已知的相干结构尺度实验结果进行了对比分析. 利用在动量损失厚度雷诺数628.5下测得的数据，对多种脉动结构(脉动速度结构等) 的空间关系及其标度律进行了研究. 第2项工作直接利用湍流边界层空间速度分布，对多种 流场尺度结构内部的She-Leveque(简称SL)标度律及自相似律进行了验证. 结果表明，各 单一流场尺度结构内部，流向脉动速度{\pmb u}'、法向脉动速度{\pmb v}'及 脉动涡分量\d {\pmb v}'/\d {\pmb x}的统计结构量均存在明显的标度律，标度 指数的形式与自相似律和SL标度律均非常吻合，只是常数随流场尺度的不同而不同， 且呈现一定的规律性. 但对于结构量的五阶矩随距离l的研究表明，自相似律和SL 标度律成立的范围并不完全一致，同时标度律成立的范围大小与流场尺度有明显关系.     

镍基单晶高温合金定向粗化行为及高温蠕变力学性能研究进展

镍基单晶高温合金是一种广泛应用于航空发动机和工业燃气轮机的两相叶片材料,由软的$\gamma $ 基体相和均匀镶嵌在其中的立方状 $\gamma'$ 沉淀强化相组成.它有个显著的特征,即在高温施加应力条件下, $\gamma '$沉淀相会发生定向粗化, 形成筏状.这种筏化行为直接影响了合金的蠕变疲劳寿命,是镍基单晶高温合金强化机制研究的重点. 此外,镍基单晶高温合金无晶界, 不存在高温晶界弱化、纵向晶界裂纹等问题.因此, $\gamma$/$\gamma'$相界面的位错运动、微观结构以及在载荷和温度作用下的演化决定了其蠕变力学性能.本文从镍基单晶高温合金的微观强化机制出发对定向粗化行为及蠕变力学性能进行了综述.重点介绍了定向粗化行为发生的微观机理、驱动力、影响因素和蠕变过程中界面微结构演化、蠕变力学模型以及定向粗化对高温蠕变力学性能的影响,指出了高温蠕变力学性能研究的发展方向和仍待解决的问题.      

高温后高强高性能混凝土双轴压力学性能

利用大型静动真三轴试验机，进行了常温20${^\circ}$C以及200${^\circ}$C $\sim $ 600${^\circ}$C\,6个温度等级高温后高强高性能混凝土在7种应力比 双轴压应力状态下的强度与变形试验. 测得了双轴主压方向的静态强度、峰值应变与应力应变曲线，剖析了温度和 应力比对单、双轴压强度与峰值应变发展趋势的影响规律性以及试件破坏形态. 试验结果表 明：随温度的升高，高强高性能混凝土的单轴压减摩强度并不一定降低；双轴压强度相对于 单轴压强度的提高倍数取决于应力比、不同温度等级后的高强高性能混凝土``脆硬性'. 提 出了带有温度和应力比参数的Kupfer-Gerstle破坏准则公式.     

基于微米力学实验的页岩I型断裂韧度表征

页岩断裂韧度($K_{IC})$是页岩气储层水力压裂设计的基础参数之一,由于组成的非均质性,常规宏观力学测量方法存在制样困难、力学解释参数不连续、精度偏低等问题. 如何及时获取页岩的断裂特性,确保安全高效的工程施工,是当前面临的一大问题. 因此,提出了基于微米力学实验的页岩Ⅰ型断裂韧度分析方法,可用于页岩微裂纹起裂、发育直至形成宏观裂纹的机理研究,进行页岩宏观Ⅰ型断裂韧度预测. 基于页岩多尺度组成分析,开展了维氏压头和玻氏压头的页岩微米力学实验,分析了页岩残余压痕与压头间的相似关系、有效测试载荷以及压头参数的优化与选择. 分析了不同压入载荷下的页岩细观断裂韧度分布特征,开展了宏观巴西圆盘实验,验证页岩微米力学测试方法的适用性. 研究结果表明,在有效载荷范围内的页岩细观Ⅰ型断裂韧度波动性较小,当压入载荷过大时,由于岩样压痕区域出现局部剥落导致断裂韧度测量值偏小. 与宏观实验的比对分析显示,微米力学实验的$K_{IC}$平均值为0.86 MPa$\cdot \sqrt{m}$,直槽切缝巴西圆盘实验得到的$K_{IC}$平均值为0.92 MPa$\cdot \sqrt{m}$,两类方法的统计平均值较为接近,页岩局部组成的非均质性使得微米力学测量结果较宏观测试更为分散. 研究结果可用于页岩宏观Ⅰ型断裂韧度预测,为有效解决页岩气储层水力压裂参数评价提供新的思路和方法.