采用电子散斑干涉法对车灯配光镜内部缺陷问题的研究

在汽车车灯配光镜的生产过程中，由于用热压工艺而产生的热应力无法完全释放，积聚在其内部，产生不可见的细微缺陷。这些缺陷在一定的外界条件下扩展、生长，导致表面开裂、破碎，造成产品的报废。目前通常采用的有损检测方法虽然能够检测出缺陷的存在，但也破坏了车灯。为此，本文用采用电子散斑干涉法(ESPI)对车灯配光镜表面由于热应力而造成的变形以及细微裂纹缺陷的无损检测进行了实验研究，量化得到了配光镜表面在热载荷作用下的连续热变形分布。实验表明，用ESPI在热载荷的方式下可以成功地测量出配光镜缺陷的存在，并通过进一步研究，对同一型号但在残余应力分布上存在微小差异的两个车灯，我们给出了判别它们的定量标准。     

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.     

纯铜后继屈服面的测试与晶体塑性模型模拟

通过纯铜薄壁圆管试样的实测和晶体塑性模拟,用单试样法和多试样法对分别经历拉伸、扭转和组合拉扭变形的试样后继屈服面进行研究.考虑预变形方式、测点数目、测试顺序和指定平移应变等不同条件,对后继屈服面测定结果差异及屈服面内凹现象进行探讨.在此基础上,比较了单试样和多试样两种方法的合理性与有效性.数值模拟采用能反映Bauschinger效应的晶体塑性模型,试样有限元模型每个单元的晶体取向均随机生成,能反映多晶材料变形特征.模拟试验加载过程与真实试验一致.研究表明:(1)采用本文方法可再现真实试验过程,模拟后继屈服面测试展示的现象与实测相近,证实了方法的有效性和合理性;(2)模拟测试与实测均发现,薄壁圆管组合拉扭加载测得的后继屈服面可能出现内凹,单试样法测得屈服面的内凹现象尤为显著;(3)若试验材料的材质比较一致,用多试样法测试后继屈服比用单试样法更合理.     

工艺应力模拟技术中的热相似律

分析了热处理及焊接的热过程，从热传导的基本方程及边界条件出发，结合不同工艺过程的特点，提出了用光弹法模拟整体淬火热应力，表面淬火热应力和焊接过程热应力及残余应力的热相似律。     

QFP结构中引脚焊缝界面端的奇异性热应力问题研究

由于引脚、印制电路板和焊接剂的热-机材料属性不同,在受到热载荷或机械载荷时,引脚焊接界面端会产生奇异性应力,有可能产生界面开裂.为了基于界面端奇异场来评价QFP结构引脚界面端力学行为,本文拟采用数值方法求解引脚焊缝任意角度尖劈界面端的应力强度系数.具体步骤为:首先,基于高次内插有限元特征分析法确定两相任意角度尖劈界面端的奇异性指数和应力角分布函数,并引入常数热应力项,获得热-机耦合奇异性应力场表达式;采用有限元分析技术和最小二乘拟合法来获得应力强度系数的数值解.文中考察了热-机材料属性对热载荷下焊接剂/印制电路板界面端应力强度系数的影响,并给出改善界面端热应力状态的建议.     

热对流作用下筒壁涂层的边裂行为

边裂(边缘开裂)是涂层热致损伤的主要模式之一. 边缘裂纹穿透涂层后,常导致界面脱粘从而驱使涂层与基体剥离,最终丧失对基体的保护作用. 本文以热应力强度因子表征边缘裂纹的扩展驱动力,研究筒壁涂层在热对流作用下的边裂行为. 首先,利用拉普拉斯变换法,得到了瞬态温度场及热应力场的封闭解. 其次,运用Fett等的三参数法确定了筒壁涂层边缘裂纹的权函数. 最后,基于叠加原理和权函数方法计算了边缘裂纹的热应力强度因子. 探讨了无量纲时间、边缘裂纹深度、基体/涂层厚度比、热对流强度等参数对热应力强度因子的影响规律. 结果表明:热应力强度因子的峰值既非发生在热载荷初始时刻,也非发生在热稳态时刻,而出现在时间历程的中间时刻;增大热对流强度不仅可提高热应力强度因子的峰值,而且使峰值提前出现;其他条件相同时,热应力强度因子随着边缘裂纹长度的增大而降低;增大涂层厚度或减小基体厚度可增强涂层抵抗瞬态热载荷的能力.      

热对流作用下筒壁涂层的边裂行为

边裂(边缘开裂)是涂层热致损伤的主要模式之一.边缘裂纹穿透涂层后,常导致界面脱粘从而驱使涂层与基体剥离,最终丧失对基体的保护作用.本文以热应力强度因子表征边缘裂纹的扩展驱动力,研究筒壁涂层在热对流作用下的边裂行为.首先,利用拉普拉斯变换法,得到了瞬态温度场及热应力场的封闭解.其次,运用Fett等的三参数法确定了筒壁涂层边缘裂纹的权函数.最后,基于叠加原理和权函数方法计算了边缘裂纹的热应力强度因子.探讨了无量纲时间、边缘裂纹深度、基体/涂层厚度比、热对流强度等参数对热应力强度因子的影响规律.结果表明:热应力强度因子的峰值既非发生在热载荷初始时刻,也非发生在热稳态时刻,而出现在时间历程的中间时刻;增大热对流强度不仅可提高热应力强度因子的峰值,而且使峰值提前出现;其他条件相同时,热应力强度因子随着边缘裂纹长度的增大而降低;增大涂层厚度或减小基体厚度可增强涂层抵抗瞬态热载荷的能力.     

排气歧管开裂故障分析

某柴油机新设计的排气歧管在试验过程中出现开裂现象,通过全面分析该排气歧管的热应力和振动特性,应用AVL公司的FIRE软件,建立排气歧管的有限元模型并确定它的边界条件,对CFD分析计算出排气歧管内外表面的温度和热传递系数,然后用非线性结构分析软件ABAQUS软件计算排气歧管的温度场和热应力;同时也对排气歧管的振动特性进行了计算。结果表明排气管开裂不是由热应力引起的,而是共振的原因,建议更改排气歧管加强筋以提高它的刚度,提高排气系统的固有频率,避免与发动机产生共振。     

不同坡口形状铍环激光钎焊温度场和应力场分析

本文对不同坡口形状镀环焊接过程进行了数值模拟,分析了坡口形状和焊接速度对铍环钎焊温度场和应力场的影响,结果表明:开坡口后铍环焊接的熔深和熔宽增大,而热影响区的焊接残余应力相对降低,特别是对于降低铍和AlSi12熔合面处的应力集中具有明显的效果;同时,坡口角度的增加主要对铍环热影响区的应力分布也有一定的影响.因此,铍环接头处开坡口不仅能够降低焊缝区的残余应力,还能减少铍材熔化引起的开裂.     

煤层自燃所致上覆露天矿复杂边坡破坏过程模拟与现象研究

为研究煤层自燃过程中,其上覆急倾斜且具有水平裂隙发育岩体组成的边坡稳定性的影响,及其内部破坏与外部形态之间的关系,使用基于颗粒流理论的PFC3D对煤层自燃过程进行了模拟,分析了煤层自燃对边坡稳定性造成的影响及原因,据此提出了模拟煤层自燃的颗粒流方法。对燃空区8种不同的工况进行了模拟研究,其结果表明:煤层自燃过程对边坡的影响可分为三个阶段:燃空深度在距坡脚60m时,坡脚处有岩体开裂现象,边坡外部轮廓变化不明显;120m时,边坡中下部岩体出现鼓凸,标志着边坡大规模变形过程;160m时,边坡坡面岩体鼓凸基本停止,内部岩体变形和运移趋于停止,边坡趋于稳定。据此可表明煤层自燃程度与边坡内部破坏和外部形态有一定的关系。     

固体发动机保险机构在高温高压下的实验研究

针对固体发动机部件保险机构所出现破现象,对其进行了激光散斑和电阻应变法联合测试。由于保险机构在高温和高压环境下工作,材料有蠕变现象,出现较大的热变形,传统的光我法实施,发展了一种叠合散斑技术,使之能够对大变形进行非接触式测量,在实验室测试的基础上,对保险机构进行了热容器试验,测量了点火后应变随时间的变化规律。实验结构发现,在保险机构机体上存在着一个接近破环应力的高危应力区,这是保险机破坏的主要因素     

Recent advancements of moiré and microscopic moiré interferometry for thermal deformation analyses of microelectronics devices

Moiré and microscopic moiré interferometry are reviewed as they are applied to thermal deformation analyses of microelectronics devices. Applications to diverse problems are illustrated to demonstrate wide applicability of the methods. The whole-field displacement information, with various sensitivity and resolution scales, is ideally suited for the deformation study of a broad range of problems in deformation analyses of microelectronics devices.     

Method of determining the rheological and energy characteristics of the shock compression of metals

A method for determining the shear stress relaxation time and the heat release due to deformation of a material is developed based on the Kolsky technique using a split Hopkinson bar. The method was tested in experimental studies of the rheological and energy characteristics of AMg5 M aluminum alloy in the range of strain rates from 300 to 1500 s^?1. The relationship between the relaxation time and the thermal and internal energies of AMg5 M alloy during its shock compression was determined.     

云纹干涉法现场测量技术及其在微电子封装中的应用

本文研制了多功能微观云纹干涉仪系统.该系统可以现场测量电子封装组件热疲劳、热湿耦合、热载荷引起的变形,被应用于电子封装组件的可靠性分析中.由现场云纹干涉技术测得的疲劳寿命与加速热循环实验的结果相吻合.本系统还被应用于铜焊点的断裂行为分析中.实验证明本系统可以测量多层结构材料的应力强度因子、应变能释放率以及位相角.     

Whole-field residual stress measurement in rail using moiré interferometry and twyman/green interferometry via thermal annealing

A novel whole-field residual stress measurement technique is developed using moiré interferometry and Twyman/Green interferometry coupled with thermal annealing. The technique is successfully applied to residual stress measurement in rail. In the measurement, a high temperature resistant 1200-lines/mm cross grating is made on a rail transverse slice surface. The whole-field residual stress relief is achieved by thermal annealing. Moiré interferometry and Twyman/Green interferometry are employed to obtain the in-plane and out-of-plane deformations generated by the residual stress relaxation. The whole-field strain redistribution due to the residual stress relief is calculated, and the whole-field residual stress distribution, including the possible stress concentration, is then obtained. Because of the three-dimensional nature of the residual stress relaxation and the measurement, the three-dimensional residual stress reconstruction sometimes becomes possible based on some plausible assumptions. In this paper, the principle of the experimental theory, technique and procedures are described. Three-dimensional residual stress reconstruction in a rail using a transverse slice is shown. Its comparison to the hole-drilling method with moiré interferometry is also presented.     

玻璃态聚合物银纹化过程的数值模拟

银纹化是玻璃态聚合物材料所特有的一种现象。本文在代表体积单元中嵌入能够刻划银纹萌生与生长的银纹单元，运用有限元方法对银纹化过程进行了数值模拟。银纹化过程中的最大主应力矢量图说明计算模型以及计算方法是比较合理的。而且，本文所揭示出来的银纹化过程的规律与实验中观察到的现象是吻合的。     

基于光学和扫描显微平台的微尺度实验力学检测技术和装置研究

本文基于光学和扫描显微平台,介绍了本研究组在微尺度实验力学检测技术和设备方面的最新研究成果。在检测技术方面涉及显微散斑干涉技术、微标记阵列检测技术、晶粒变形分析技术、光学探针动静态变形分析技术;在检测系统和装置方面介绍了新近开发的双视场薄膜检测系统、散斑微干涉系统、微标记检测平台、AFM和SEM单轴拉伸装置、三维微定位与加载系统、微力传感器及其标定装置、微动平台驱动装置等。探讨了微尺度实验力学检测中的问题和新的检测技术,给出了一些典型的应用和相关装置。     

Mechanical response of thin SMAW arc welded structures: Experimental and numerical investigation

The mechanical response of thin welded plates made of Ck45 steel during shielded metal arc welding (SMAW) is investigated by employing data from numerical results using the finite element method and laboratory experimental measurements. The aim of this paper is to investigate the effect of the thermal uncertainty encountered during the thermal numerical analysis on the out-of-plane angular distortion of the welded panels. For this purpose a comparison between the numerical mechanical response (using the calibrated and as-predicted thermal history) and the experimental results is carried out. The effect of the microstructural transformations on the angular out-of-plane distortion is also investigated by introducing the material transformation within the numerical analysis by the simplest means in order to clearly demonstrate its influence. The same strategy is followed in order to investigate the effect of low-temperature martensitic transformation on the longitudinal residual stress field by properly combining experimental and numerical results and analyzing an idealized welding fabrication. Discussion is, finally, carried out regarding the design process of welded marine structures.     

铜基多晶体形状记忆合金伪弹性的实验研究

首次用高灵敏度云纹干涉法对铜基多晶体形状记忆合金的伪弹性行为进行了实验研究，得到了单轴拉伸试件在不同加卸载阶段应力诱发的相变塑性全场分布。实验结果表明：一些晶粒内部的相变塑性几乎均匀分布，但不同晶粒之间的变形差异很大，各晶粒的伪弹性行为明显不同。     

Size-dependent thermoelasticity of a finite bi-layered nanoscale plate based on nonlocal dual-phase-lag heat conduction and Eringen's nonlocal elasticity

The size effects on heat conduction and elastic deformation are becoming significant along with the miniaturization of the device and wide application of ultrafast lasers.In this work,to better describe the transient responses of nanostructures,a size-dependent thermoelastic model is established based on nonlocal dual-phase-lag(N-DPL)heat conduction and Eringen's nonlocal elasticity,which is applied to the one-dimensional analysis of a finite bi-layered nanoscale plate under a sudden thermal shock.In the numerical part,a semi-analytical solution is obtained by using the Laplace transform method,upon which the effects of size-dependent characteristic lengths and material properties of each layer on the transient responses are discussed systematically.The results show that the introduction of the elastic nonlocal parameter of Medium 1 reduces the displacement and compressive stress,while the thermal nonlocal parameter of Medium 1 increases the deformation and compressive stress.These findings may be beneficial to the design of nano-sized and multi-layered devices.