纳米压痕法确定金属间化合物力学性能的研究

利用 SMT 全自动回流焊机和高温恒温试验箱制备出经2次回流焊时效处理20天的Sn-0.7Cu/Cu 焊点试件;采用纳米压入法对其焊点金属间化合物力学性能进行了测试,根据Oliver-Pharr算法,利用接触刚度连续测量技术得到了该化合物（IMC）的杨氏模量及硬度,其硬度为6.43GPa,明显大于同种工况下Cu（2.29GPa）和Sn-0.7Cu（0.32GPa）的硬度;与此同时利用有限元分析软件 ANSYS 对纳米压入过程进行了反分析,结果表明：与理想弹塑性模型相比,线性强化弹塑性模型能够更准确地描述IMC层的力学本构关系,其初始屈服应力0σ和切线模量EΤ分别为0.90GPa和14.5GPa。     

原位反应合成金属间化合物激光合金化层的组织及抗磨性能

以近等原子比的NiTi合金粉末为原料,利用连续波高功率Nd-YAG激光器在6061Al合金表面制备了Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层,采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机分析了合金化层的组织形貌、结构、成分、硬度分布及磨损性能.研究结果表明,该激光表面改性层主要由Ni3Al和TiAl3金属间化合物组成;采用合适的保护措施和激光处理工艺参数,可控制改性层产生孔洞和裂纹倾向,从而获得与基体具有良好冶金结合的致密金属间化合物合金激光改性层;与此同时,Ni-Al和Ti-Al金属间化合物改性层可有效地改善铝合金的抗磨性能.     

质点积分无单元伽辽金法及其在金属挤压过程中的应用

无单元伽辽金法需要在背景网格上积分,计算量大.节点积分无单元伽辽金法把对求解域的积分转化为对节点的求和,效率高,但因零能模态不受控制而会产生不稳定现象,需要采取一定的稳定化方案.本文采用应力点思想,通过Newtor-Cotes法计算积分,建立了质点积分无单元伽辽金法,并通过小变形弹性静力学问题说明了该方法具有良好的稳定性,且计算效率远高于无单元伽辽金法.最后本文将质点积分无单元伽辽金法成功地应用于三维金属挤压成型过程的数值模拟,显示了该方法在分析此类问题时的优势和潜力.     

跌落冲击载荷下焊锡接点金属间化合物层的动态开裂

跌落冲击载荷作用下,含铅焊锡接点与无铅焊锡接点的破坏模式明显不同,而导致这种差异的原因目前尚不明朗.论文提出了一种可用于模拟焊锡接点在跌落冲击载荷下破坏行为的有限元模型,此模型中,金属间化合物(IMC)与焊料间的界面采用粘性区模型(CZM)来模拟其损伤开裂过程,而IMC层内的破坏程度则通过计算其能量释放率来判断.通过对板级封装跌落冲击过程的数值模拟发现,与无铅焊锡接点(Sn3.5Ag)相比,含铅焊锡接点(Sn37Pb)与IMC间的CZM层更容易发生损伤破坏,而该层的开裂会减小IMC层的应力,即降低了其内部的开裂驱动力,从而缓解了IMC层裂纹的起始和扩展.     

Ti-Al金属间化合物润滑薄膜制备及其摩擦磨损性能研究

采用双靶反应磁控溅射法在不锈钢基体表面沉积Ti-Al二元金属间化合物薄膜,采用改变基体相对于靶材位置的方法调整薄膜中Al和Ti含量,通过对薄膜成分和结构表征以及摩擦系数测定,并结合Ti-Al合金相图系统研究不同成分薄膜的摩擦磨损特性.结果表明:随着薄膜中Al含量在43.20at%～67.89at%之间改变,薄膜的摩擦系数处于0.05～0.30之间;当薄膜中Al含量为45.59at%时,薄膜的摩擦系数最小,为0.05,且Al含量为43.20at%～48.23at%的薄膜的摩擦系数均小于0.10;当Al含量大于48.23at%时,随着Al含量的增加,薄膜的摩擦系数增至0.32;当Al含量为43.20at%～48.23at%时,薄膜中形成了α2-Ti3Al γ-TiAl两相共存组织,具有减摩效果的同时,使其磨损率降低12.57%～38.41%.     

焊锡接点IMC层的扩散应力

钎焊过程中在焊锡接点中形成的金属间化合物(IMC)对焊锡接点可靠性具有重要影响.在原子扩散效应下,回流焊和等温时效过程中IMC层的生长会在其内部产生应力,其微结构也发生变化,致使IMC层和整个焊锡接点的力学性能下降.论文基于扩散反应机制,研究了由于原子扩散产生的IMC层的扩散应力.首先建立了描述焊锡接点IMC层生长早期微结构特征的2界面(Cu/Cu6 Sn5/Solder)分析模型,然后运用Laplace变换法求解扩散方程得到了Cu原了在IMC层中的浓度分布;采用把原子扩散作用转换为体应变方法,计算了IMC层在形成和生长过程中应力的解析解.结果表明:IMC层中的扩散应力为压应力,最大值位于Cu/IMC界面处,大小与扩散原子浓度密切相关;随着时效时间的增加,扩散应力增大,但最终趋于稳定并沿IMC厚度方向线性变化.     

烧结Fe3Al金属间化合物基摩擦材料的摩擦磨损性能研究

采用热压烧结方法制备了不同成分的Fe3Al金属间化合物基摩擦材料,考察了其物相、力学性能、抗氧化性及干摩擦磨损性能.结果表明,Fe3Al金属间化合物基摩擦材料密度低、强度高、抗氧化性好、摩擦系数稳定、高温耐磨性好;其在不同摩擦阶段的磨损机制存在差异,主要磨损机制包括磨粒磨损、塑性变形、裂纹萌生与扩展、微区脆性剥落及氧化磨损等.     

平面任意形状等剪切模量异质夹杂问题的解析解

本文研究任意形状夹杂域在受到远端均匀荷载和均匀本征应变作用下的弹性场问题,其中基体和夹杂的材料不同但具有相同的剪切模量。利用等效理论将远端均匀荷载引起的扰动转化为等效均匀本征应变的作用,再利用K-M势函数表达扰动场问题的界面连续条件;借助于黎曼映射定理,用洛朗多项式将平面光滑闭合曲线外部区域映射到单位圆外部区域,借助柯西积分公式和Faber多项式求解了等剪切本征应变下夹杂和基体的K-M势函数的显式解析解,其中考虑了夹杂相对于基体的刚体位移。将得到的结果与相关文献的结果进行对比,表明了本论文的方法和结果是有效的和正确的。     

激光熔覆原位制备Ti3Al金属间化合物涂层结构及摩擦学性能

利用激光熔覆原位合成技术在纯钛表面制备了Ti3Al金属间化合物涂层.用X射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜分析了涂层的组成和组织结构.在UMT-2MT摩擦磨损试验机上对Ti3Al金属间化合物涂层在不同载荷和不同滑动速度下的摩擦磨损性能进行了测试.结果表明:Ti3Al金属间化合物涂层的主要组成物相为Ti3Al,涂层与基材冶金结合,涂层显微组织结构主要为树枝状晶,涂层的平均显微硬度约为HV0.2530,涂层的摩擦系数随载荷和滑动速度的增加而减小,磨损体积随载荷和滑动速度的增加而增加.Ti3Al金属间化合物涂层相对于钛基材耐磨性能显著提高.     

双周期分布圆环形截面夹杂反平面问题的解析方法

研究含双周期分布圆环形截面弹性夹杂的无限大介质在远场均匀反平面应力下的弹性响应。通过在双周期圆环形区域内引入非均匀本征应变,将双周期非均匀介质问题转化为带有双周期非均匀本征应变的均匀介质问题,结合双周期函数和双准周期Riemann边值问题理论,获得了该问题弹性场的级数形式解答。作为一个应用,利用该解答预测了含双周期圆环形截面夹杂复合材料的有效纵向剪切模量。数值结果表明,在相同夹杂体积分数下,含圆环形截面夹杂的复合材料比含圆形截面夹杂的复合材料拥有更高的有效纵向剪切模量。     

A Compact Solution for the Stress Field from a Cuboidal Region with a Uniform Transformation Strain

A closed-form solution is presented for the stress field in an infinite, homogeneous, isotropic elastic material, due to a uniform transformation strain in a cuboidal region. The dislocation-based method used here offers an alternate approach and furnishes the stress state directly, as compared to the displacement gradient furnished by Chiu [2]. Both solutions are shown to produce numerically equivalent values of stress. The present results are available as a numerical (MathCad) program to compute the stress state for abitrary cuboidal geometries This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Observation of Stress Field Around an Oscillating Crack Tip in a Quenched Thin Glass Plate

The variation of stress field around an oscillating crack tip in a quenched thin glass plate is observed using instantaneous phase-stepping photoelasticity. The successive images around the propagating crack are recorded by a CCD camera that is equipped with a pixelated micro-retarder array. Then, the phase maps of the principal stress difference and the principal direction are easily obtained even though the photoelastic fringes cannot be visualized. The path of the crack growth as well as the stress intensity factors and the crack tip constraint are obtained from these phase distributions. Results show that the mode I stress intensity factor and the crack tip constraint vary remarkably with the crack growth. In addition, the results show that the mode-II stress intensity factor exists even though the crack propagates smoothly.     

铁磁薄板在磁场中变形和应力的理论分析与实验研究

在二维板壳磁弹性理论基本方程基础上,以二维铁磁薄板磁弹性问题为例,建立了含有10个基本未知量的偏微分方程组,再利用Newmark有限等差式,得到了可以应用DOM方法求解的标准型方程组.求解得到了载流铁磁薄板的位移及应力与各电磁量之间的关系,计算了载流铁板在磁场中的变形和应力.同时进行了载流铁磁性薄板在电磁场中变形和应力的实验研究,介绍了电磁场中铁磁性薄板的实验装置和实验方法,给出了实验数据,并将实验结果与理论计算结果进行了分析对比.     

用PIV测试涡旋波流场的速度和剪应力分布

采用PIV瞬态流场测试技术,对二维槽道中的涡旋波流场不同相位上的速度分布和应力分布进行了测试和计算,本文定量地描述了槽道中涡旋波的形成过程及发展规律。通过调整振荡流的振幅和活塞行程,分析了Re数和Sr数对涡旋波流动的影响,得出了槽道内剪应力的分布状况以及平均剪切应力的周期性变化规律。深入分析了涡旋波流场强化传递现象的本质。     

平行裂纹交替作用对应力强度因子的影响

本文研究了多个平行裂纹之间交替作用对应力强度因子的影响.通过光弹性实验测试和有限元计算,对含有双裂纹和三个裂纹的纯弯曲梁进行了探讨,并与单个裂纹的应力强度因子作了比较,从而阐明了多个平行裂纹应力强度因子的一些性质.     

Noise Field in the Human Chest Due to Turbulent Flow in a Larger Blood Vessel

An acoustic model of a larger human blood vessel is developed. This model takes into account the main features of the acoustic generation and propagation of noise in the human chest from the source (turbulent pressure fluctuations in blood flow) to a receiver resting on the skin, and allows the consideration of a simple stenotic narrowing in the vessel. The low Mach number turbulent wall pressure models of Corcos, Chase, Ffowcs Williams, and Smol'yakov and Tkachenko are used to describe random sources in the vessel. The relationships obtained permit one to analyse the dependence of the resultant acoustic field in the thorax on the parameters of the blood flow and the vessel, and show the possibility of finding characteristic signs of the presence of a stenosis by comparison of noise fields from intact and diseased arteries. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Stress–Strain State of a Ferromagnetic with a Paraboloidal Inclusion in a Homogeneous Magnetic Field

The stress–strain state of an infinite elastic soft ferromagnetic medium with an elliptic paraboloidal inclusion is analyzed. The material of the inclusion is a soft ferromagnetic too. The medium is in a magnetic field directed along the minor axis of the elliptic section of the paraboloid by a plane perpendicular to its axis. The main characteristics of the stress–strain state and induced magnetic fields in the medium and inclusion are determined. The features of the stress distribution over the inclusion boundary are studied     

各向异性半平面问题的复应力函数基本解

应用复变函数Ｃａｕｃｈｙ积分的方法，对于各向异性半平面边界为自由或固定两种情形，分别导出了其在任意集中力或集中力偶作用下的复应力函数基本解，其特例与前人结果一致     

The Stress–Strain State of an Elastic Ferromagnetic Medium with an Ellipsoidal Inclusion in a Homogeneous Magnetic Field

A stress–strain problem is solved for an infinite elastic magnetically soft medium with an ellipsoidal inclusion in an external magnetic field. The main characteristics of the stress–strain state and induced magnetic fields in the medium and the inclusion are determined and their distribution over the surface of the inclusion is analyzed