基于微结构演化的V5Cr5Ti合金塑性本构模型

为合理描述V5Cr5Ti合金的塑性变形行为,本文建立了基于微结构演化的塑性本构模型。首先,采用小尺寸试样开展了V5Cr5Ti合金单轴拉伸试验,并对其在不同应变程度下的微结构演化特征进行了分析。研究发现,影响V5Cr5Ti合金塑性变形行为的主要因素是位错密度演化以及团簇状和弥散析出相。据此建立了位错密度演化方程、组分相含量体积分量演化方程,并考虑团簇状和弥散状第二相对V5Cr5Ti合金流动应力的影响,进一步建立了包括非热应力、热激活应力和弥散相强化应力的流动应力关系式。最后,根据隐式应力更新算法对新模型进行了有限元实现,并与实验结果进行比较,验证了新模型的合理性和预测精度。     

基于FIB和TEM的纳米材料中界面分层破坏的实验方法研究与应用

本文针对三维尺寸均处于纳米量级的材料与结构中常见的界面分层破坏问题,利用聚焦离子束技术(FIB)和透射电子显微镜(TEM)开发设计了一套研究纳米材料中界面端部裂纹启裂行为的实验方法.采用FIB成功从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/Cu/SiN)中切割制备出了由硅基体(Si)和200 nm厚铜薄膜(Cu)及1000 nm厚氮化硅层(SiN)构成的纳米悬臂梁试样.利用高精度微小材料加载装置,在TEM中对该试样进行加载实验,并原位观测了不同试样中Cu/Si界面端部裂纹启裂的行为.通过对启裂瞬时Cu/Si界面上临界应力分布的有限元分析发现,不同尺寸试样中的界面上法向应力与剪切应力均集中在距界面端部100 nm的范围内,且临界法向应力远大于剪切应力.对应力分布的进一步分析则发现,距界面端部5 nm区域内的法向应力场控制着Cu/Si界面的分层破坏过程,可用于表征界面分层破坏的局部控制准则.     

综述：微纳米尺度材料与结构的原位疲劳实验及性能研究进展

随着集成电路芯片、传感器、柔性电路系统、微/纳机电系统等微机械装置向集成化和小型化不断发展,如何预测其内部微纳米尺度结构和材料的机械性能及其可靠性成为了制约上述微机械装置进一步发展和应用的关键问题之一。在这些装置的长期使役过程中,微纳米尺度材料的疲劳性能又成为了近年来人们关注的热点问题。针对上述问题,首先,调研了与微纳米尺度材料原位疲劳实验方法和疲劳性能研究有关的文献。然后,总结了微纳米尺度原位疲劳实验方法和疲劳性能的研究现状,包括含有孪晶组织金属、梯度组织或粗细晶金属以及在单轴、多轴应力状态下的金属疲劳性能研究,并归纳了微纳米尺度界面疲劳损伤行为的研究现状。最后,对微纳米尺度材料的疲劳性能研究进行了展望,提出了对未来发展方向的思考。     

大包线飞控系统的鲁棒稳定性分析及鲁棒镇定控制

采用摄动参数多项式加范数有界摄动形式描述大包线飞控系统,既考虑了飞控系统的时变特征,又考虑了拟合误差带来的不确定性.基于二次稳定的概念和方法,研究了大包线飞控系统的鲁棒稳定性分析和鲁棒控制综合问题.运用线性矩阵不等式(LMI)的处理方法,给出了系统二次稳定性判据,以及状态反馈控制律的设计方法.同时,基于凸优化,得到了估计系统保持鲁棒稳定所允许的参数最大摄动范围的方法,建立了系统运行参数与系统性能之间的联系.通过对飞控系统的实例仿真,验证了该方法的可行性.     

纳米悬臂梁Si/Cu界面破坏的弹塑性内聚力模拟

实验测试表明[Thin Solid Films 516: 1925-1930],纳米悬臂梁Si/Cu/SiN/Pt/C在弯曲载荷作用下发生沿Si/Cu界面的分层破坏,其载荷—位移曲线表现出明显的非线性行为。本文基于连续介质力学模型,对该实验观察到的界面裂纹萌生和沿界面扩展过程进行了数值模拟计算与分析。模拟计算中,采用指数型内聚力来表征Si/Cu界面本构关系,对Cu薄层分别按照线弹性和遵守Ramberg-Osgood型弹塑性本构关系来处理。通过与实验结果校准的方法,确定了该纳米悬臂梁中Si/Cu界面的结合强度诸参数。研究发现,内聚强度和内聚能是该内聚力模型的主导性参数;Cu薄膜层遵从线弹性本构关系更为适合于描述Si/Cu界面的分层破坏;与块体材料相比,纳米尺寸的Cu材料表现出很高的屈服应力和硬化指数,因此在整个过程中产生的塑性变形很小,这与前述的实验结果是一致的。     

PZT薄膜界面分层破坏的内聚力模拟

实验测试表明,单晶硅基板上磁控溅射沉积的多层薄膜材料Cr/PZT/PLT/Pt/Ti容易沿着Cr/PZT界面端开裂并发生分层破坏.我们在实验测试基础上,通过数值模拟计算与分析研究,确定了该薄膜界面的结合强度参数.模拟计算基于连续介质力学的内聚力模型,采用有限元方法来分析沿Cr/PZT界面的裂纹萌生和扩展过程.首先,将该界面表征为一个遵从指数或双线性内聚力模型本构关系的薄层.然后,通过与实测的断裂载荷、加载点的载荷-位移曲线校准的办法,确定出界面内聚法则参数.研究发现,内聚强度和内聚能是最为关键的内聚参数;双线性内聚力模型更适合于描述Cr/PZT界面破坏;与毫米量级厚度的薄膜材料相比,该多层薄膜材料中的Cr/PZT界面的内聚能较低,属于弱结合界面,沿着该界面的分层破坏为脆性断裂过程.本研究表明,宏观力学的内聚力模型同样适用于分析微米厚度薄膜的界面破坏问题.     

基于微结构演化的V5Cr5Ti合金塑性本构模型

为合理描述V5Cr5Ti合金的塑性变形行为,本文建立了基于微结构演化的塑性本构模型。首先,采用小尺寸试样开展了V5Cr5Ti合金单轴拉伸试验,并对其在不同应变程度下的微结构演化特征进行了分析。研究发现,影响V5Cr5Ti合金塑性变形行为的主要因素是位错密度演化以及团簇状和弥散析出相。据此建立了位错密度演化方程、组分相含量体积分量演化方程,并考虑团簇状和弥散状第二相对V5Cr5Ti合金流动应力的影响,进一步建立了包括非热应力、热激活应力和弥散相强化应力的流动应力关系式。最后,根据隐式应力更新算法对新模型进行了有限元实现,并与实验结果进行比较,验证了新模型的合理性和预测精度。