高密度封装倒装焊的新简化模型及疲劳寿命分析

高密度封装结构中存在大量焊球,在进行有限元建模时,考虑到焊球数量多且尺寸小的特点,需简化焊球层模型．本文针对高密度封装结构中倒装焊及底填胶,提出了一种新的简化模型,采用非重点部位简化和材料均匀化相结合的方法,将内部焊球层和底填胶简化为均匀层,只保留外圈几层焊球．通过建立代表性体积单元,计算得到均匀化层的材料参数．讨论了外层焊球圈数对焊球层危险点应力的影响,发现保留外圈两层焊球就能得到非常精确的结果．利用新简化模型计算了高密度封装结构的疲劳寿命,所获得的结果与未均匀化模型结果误差在0.3%以内．     

温度循环应力剖面对QFP焊点热疲劳寿命的影响

采用统一型粘塑性Anand本构方程描述了QFP(四方扁平封装)焊点的粘塑性力学行为,利用有限元分析软件建立组装在印制电路板上QFP的有限元模型,通过研究焊点内部总应变范围的变化进而研究温度循环应力剖面各个参数对焊点热疲劳寿命的影响,为设计合理的温度循环应力剖面提供了理论依据。     

高温合金材料循环相关热机械疲劳寿命预测

在变温非线性运动强化规律所描述的高温合金材料热机械寿命应力－应变循环特性的基础上，讨论了应变控制的循环相关热机械疲劳寿命预测技术，所建模型采用了由应变以密度表示的损伤参数，并且引入了温度损伤系数，考虑了温度变化范围以及温度循环和应变循环相位关系对疲劳寿命的影响，在确定模型的一些参数，采用等温力学试验和疲劳试验的数据，为了把等温疲劳研究成果推广到变温疲劳分析领域，开辟了新的途径。     

缺口件多轴疲劳寿命预估新方法

局部应力应变法(LSSM)以危险点处的局部应力应变历程进行寿命评价,忽略了非比例附加强化及缺口附近应力梯度对疲劳损伤的影响.论文通过分析裂纹萌生面(临界面)上剪应力和正应力分布状态,提出一种计算缺口件多轴疲劳损伤影响区的数学计算方法,建立考虑法向正/剪应力梯度与非比例附加强化效应的寿命预估模型.首先,基于能量法和临界面理论,借助坐标变换原理将应变能密度最大的材料平面定义为临界面,建立确定裂纹萌生方向的计算方法.其次,以临界面上特定路径为积分方向,将缺口件三维问题转化为线性问题,简化计算过程.综合考虑峰值应力和等效应力场强对多轴疲劳寿命的贡献度,建立表征缺口件多轴疲劳损伤演化过程的损伤参量.最后,通过TC4合金和Q345钢多轴疲劳试验验证论文模型的可行性和精确度,并与LSSM法、FS模型、SWT模型进行对比分析.     

谐振载荷作用下工程结构振动疲劳寿命预估的损伤力学-有限元法

建立了预估谐振载荷作用下结构振动疲劳寿命的损伤力学-有限元方法。首先根据损伤热力学原理,构建了损伤演化方程,建立光滑试件在恒幅应变交变载荷作用下寿命预估方法;进一步由损伤力学守恒积分原理,得到恒幅重复载荷作用下应力与寿命的关系式;然后根据标准件疲劳试验结果,拟合得到损伤演化方程中的材质参数;最后利用APDL语言编程对ANSYS软件进行了二次开发,借助ANSYS软件对谐振载荷作用下结构振动疲劳裂纹萌生寿命进行预估。作为算例,本文利用该方法预估了LC9CgS1铝合金梁谐振载荷作用下疲劳裂纹萌生寿命。     

结构疲劳寿命的区间估计

对材料性质和载荷具有不确定性的结构进行了疲劳寿命估计．结构的疲劳寿命往往是这些不确定性因素的函数．以区间数学为基础，将这些不确定性因素用区间进行定量化，借助一阶Taylor级数，提出了近似估计结构疲劳寿命的区间分析方法．区间分析方法克服了概率分析方法需要预先知道大量统计数据的缺点，且计算量小．通过典型数值算例将区间分析方法和概率分析方法进行了比较，结果表明了区间分析方法对线性和非线性形式的结构寿命估计在小不确定度情况下均能提供足够的精度．     

腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术的试验验证

一般环境下飞机结构疲劳寿命评定技术已相对成熟,而建立在模拟试验基础上的腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定技术目前尚不完善.本文通过退役飞机全尺寸结构疲劳试验结果与对应的关键部位腐蚀条件下疲劳寿命评定结果的对比分析方法,验证腐蚀条件下飞机结构疲劳寿命评定方法,同时提出了用已服役多年飞机全尺寸结构疲劳试验结果修正地面停放腐蚀修正系数曲线及加速环境谱当量加速关系的方法.     

热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和抗腐蚀设计方法

对于沿海地区或海洋环境中使用的航空发动机来说, 由于高温、机械载荷和盐雾环境的共同作用, 热腐蚀疲劳破坏是影响其热端部件服役寿命的主要因素. 本文对热端部件低温热腐蚀疲劳损伤机理、寿命模型和防腐蚀设计方法进行了总结、归纳及评述, 提出了未来的研究趋势与发展方向. 首先介绍航空发动机热端部件的热腐蚀疲劳故障案例、损伤演化机理; 其次, 重点分析了低温腐蚀疲劳寿命的唯象模型、损伤力学模型、断裂力学模型以及机器学习模型; 再次, 对几种代表性的考虑腐蚀演化不同阶段的分段式腐蚀疲劳全寿命模型进行综述, 还分析指出了腐蚀疲劳全寿命模型的发展趋势; 从次, 对航空发动机材料选择、零件制造、结构强度设计和外场运行维护不同阶段的抗腐蚀方法进行了综述. 最后, 对增材制造零部件的热腐蚀疲劳问题以及无损检测技术、人工智能等与热腐蚀疲劳研究的结合进行了展望.     

点焊接头疲劳寿命预测研究进展

概述点焊接头疲劳损伤理论与寿命预测方法的研究进展,分析点焊接头的疲劳强度影响因素和裂纹萌生扩展机理,对点焊接头疲劳寿命估算方法进行了对比,对寿命估算模型进行了评价,最后对点焊接头疲劳寿命预测研究的未来发展趋势提出了看法．     

基于损伤容限设计的同步辐射装置挡光元件热疲劳寿命分析

以同步辐射装置前端区挡光元件为分析对象,通过低周疲劳试验得到元件制作材料的裂纹扩展速率公式,利用热负载下典型元件结构的温度和弹塑性应力应变有限元模拟结果,采用损伤容限设计方法并结合Miner线性损伤累积理论进行元件疲劳寿命分析,据此提出基于损伤容限设计理论的挡光元件热疲劳有限寿命设计方法。结果显示,静强度设计方法过于保守,局部应力应变分析法也有不足,基于损伤容限设计的元件有限寿命设计方法可为装置总体性能的提升提供参考。     

电热固耦合作用下车载功率模块引脚焊点振动疲劳寿命研究

本文对车载功率模块引脚焊点在器件功率损耗产生的热量和路面颠簸引起的随机振动共同影响下的可靠性进行了研究．建立多物理场有限元分析模型对引脚焊点进行电热固耦合疲劳寿命仿真,得到发热状态和常温状态下的焊点随机振动响应应力分布和振动疲劳损伤值．利用基于经验的Dirlik疲劳损伤模型和Miner线性损伤累积法则对两种状态的疲劳寿命进行了估算和对比分析．结果表明：在考虑电热固耦合作用下,局部约束刚度降低和焊点振动响应应力增大导致焊点振动疲劳寿命明显降低,但仍然满足规定的振动可靠性要求．结合满功率负载发热状态下的振动失效试验结果,验证了分析结果的准确性和装置设计的可靠性．     

热循环加载条件下空洞对EBGA焊点可靠性的影响

空洞是球栅阵列(BGA：Ball Grid Array)器件在装配过程中形成的主要缺陷之一,本文以增强性BGA(EBGA：Enhanced BGA)为研究对象,采用统一型粘塑性Anand本构方程描述Sn63Pb37的粘塑性力学行为,应用非线性有限元的方法分析了不同位置和大小的空洞对焊点疲劳寿命的影响,为制定装配后的BGA焊点接收标准提供理论参考。     

芯片封装焊球连接疲劳寿命预测分析--能量法和有效应变法之比较

研究了目前常用的两种芯片封装焊球连接的寿命预测方法一能量法和有效应变法。对焊球连接的材料本构关系进行了对比分析，并利用FORTRAN语言编制了相应的材料本构模型子程序，将其与有限元仿真工具ANSYS耦合，实现了将焊球连接的材料本构模型用户子程序导入到ANSYS的材料库。在此基础上模拟了三维芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球结构，在热循环条件下(-40～ 125℃的工作状态，并分别利用能量法和有效应变法对焊球连接的寿命预测进行了比较分析，最后对两种方法作出了评价。     

含类焊接裂纹十字接头的疲劳特性

为探讨含类焊接裂纹结构的疲劳性能,设计了部分熔透焊接接头的拉一拉疲劳试验,并进行了有限元分析,研究了不同裂纹尺寸下接头的疲劳强度、应力集中系数、应力强度因子范围和疲劳寿命的变化规律.结果表明,当未熔透尺寸2a/T0.5时,则接头的抗疲劳性能显著降低.     

应变倍增器研制及应用

设计了一种结构独特、机械放大率高的应变倍增器,从而使工程结构表面应变放大到疲劳寿命计门槛值以上,满足了大型工程结构长寿命、低应力工作特点的寿命检测要求.该元件采用了弓形弹性元件与硅橡胶预应力组合结构,它具有简单紧凑、刚度低、可靠性好,使用方便的特点.并可同时利用其上安装的疲劳寿命计进行倍增系数标定和疲劳寿命检测.静载试验和理论分析表明,这种应变倍增器具有良好的线性响应和重复稳定性.疲劳试验研究表明,在疲劳寿命计工作寿命内,器件无疲劳破坏情况,且其疲劳响应性能可用已有的标定数据放大相应的倍增系数得到,能满足各种大型工程结构疲劳损伤监测的要求.     

基于应变能的复杂应力场低周疲劳分析

塑性应变能使材料微观组织结构发生不可逆变化,从而引起等效宏观应力,该应力随循环加载而增大．假定材料疲劳源处破坏是由最大拉应力引起的,最大等效宏观应力与外加应力叠加达到材料本征断裂应力时形成微裂纹．微裂纹引起上述两部分应力变化,继续加载直至宏观裂纹出现,从而得到材料的疲劳寿命．本文所建立的多轴疲劳寿命公式包含材料参数、拉应力以及塑性应变能等,以上数据可通过单轴疲劳数据和有限元方法获得．通过对SM45C材料的计算验证,表明该模型对多轴随机应变加载低周疲劳寿命,具有良好的预测结果．     

Cohesive zone model for high-cycle fatigue of adhesively bonded joints under mode I loading

A cohesive zone model adequate for simulating the behaviour of adhesively bonded joints subjected to high-cycle fatigue and pure mode I loading is presented. The bilinear cohesive zone law with linear softening relationship was considered. The main advantage of the proposed formulation is the use of a unique damage parameter accounting for cumulative damage resulting from static and fatigue loading. The method was implemented in a user subroutine of the commercial finite element software Abaqus®. Two-dimensional numerical simulations of the double cantilever beam test using different representative combinations of the modified Paris law coefficients were performed. It was verified that the results of the model simulate with excellent agreement the several Paris laws used as input, thus demonstrating the good performance of the method as a predictive tool.