硅通孔中电致应力的有限元分析

在三维电子封装中,硅通孔(TSV,Through-Silicon-Via)是实现芯片垂直互连的关键环节,其可靠性至关重要.随着硅通孔中电流密度的增大,电致应力对TSV可靠性的影响也越来越大.基于该耦合方程和有限元的一般原理,详细地推导了弹性材料属性下TSV内部的电致应力、应变的有限元分析模型;利用ABAQUS中的用户自定义单元(user defining element)接口,实现了该模型的有限元计算,并利用解析解对该有限元模型的正确性进行了验证.利用有限元模型对TSV中铜填充的电迁移问题进行了分析计算,描述了铜填充在电迁移过程中电致应力、应变以及空位浓度的演化过程和分布规律,为三维电子封装可靠性的全面评估提供了一定的依据.     

高性能纳米复合薄膜制备及其非线性光学性质研究

介孔薄膜是介孔材料中的一种重要材料形式.根据介孔基纳米复合薄膜制备科学及非线性光学性能研究现状,基于相似相容原理、离子交换、无电沉积、电沉积、沉积-沉淀等新方法设计在介孔薄膜中实现金属与半导体纳米粒子高效及高分散性组装的系列结果,重点分析了合成纳米复合薄膜材料的非线性光学性质,研究了外场环境,特别是强磁场条件下的热处理过程对纳米金负载介孔基纳米复合薄膜结构与非线性光学性质的影响.      

非晶态镍磷合金电沉积的研究

研究了亚磷酸—镍盐型电解液中主要工艺因素对电沉积非晶态镍磷合金的影响。结果表明,亚磷酸与氯化镍浓度比的影响最明显,该比值小于1:3时,难于形成非晶态镀层。随该比值增加,电沉积速度降低而镀层含磷量增大。镀液pH值和阴极电流密度增大时,镀层含磷量降低,不利于非晶结构的形成。从磷的阴极析出机理及其与析氢反应的相关性讨论了上述实验结果。     

高强合金与钛合金的电偶腐蚀行为

采用电偶腐蚀实验方法、扫描电镜和能谱方法等研究了高强合金与钛合金异接电偶腐蚀行为.从不同材料、不同成分对电偶腐蚀的影响,研究了电偶腐蚀的规律及电偶对偶接的可能性.同时比较了铝合金和高强度钢与钛合金电偶腐蚀行为的差异,探讨了自腐蚀电位差与电偶电流密度的关系.实验表明,铝合金LY12、铝合金LC4、高强度钢30CrMnSiA均不能与TC2钛合金偶接,高强度钢1Cr17Ni2则可以与TC2偶接,且电偶电流密度随自腐蚀电位差增大而增大.      

电动汽车动力电池生热模型和散热特性

结合Bernardi生热速率模型建立了单体电池正极片集流体、负极片集流体和电池极板的热耦合模型以及成组电池传热模型;利用Fluent软件仿真分析了自然通风环境中LiFePO₄单体电池的生热特性,模拟了强制空气对流冷却条件下成组电池的生热和散热特性,分析了电池箱出风口位置对电池温度的影响;计算了不同放电倍率下电池组温度变化.计算结果表明:动力电池恒流放电末期,正、负极片的电流密度最大值出现在极耳处,正、负极耳温度高于极板温度,且正极耳温度大于负极耳温度;强制冷却条件下成组电池热特性满足安全工作温度要求;电池箱出风口位置直接影响冷却空气速度场和电池组温度场分布,出风口设置在电池箱下部有助于改善其热状态一致性.对特征点温度监控数据与仿真结果的误差小于5%,能够满足工程需要.      

电镀法制备超疏水性铜表面

在对天然荷叶表面观察的基础上,通过改变电流密度控制电镀层表面的形貌,制备出了仿荷叶结构的铜表面.随着电镀电流密度的逐渐增大,接触角先增大后减小,当电流密度为0.08 A/cm2时,镀层的表面结构与荷叶表面最接近,其疏水效果最好,接触角最大,达到了153.5°,滚动角为7.9°(小于10°).这种表面未经任何修饰就产生了超疏水性.这是处于Cassie模型的一种亚稳定状态,只要表面形貌特征满足一定条件,就可使水滴在亲水基体上处于Cassie模型的亚稳态,从而有可能产生疏水性甚至超疏水性.对亲水材料的疏水机理进行了探讨,这些结果对亲水基体上超疏水性表面的制备和现有疏水理论的理解具有一定的意义.      

多点磁场协同探测反演电离层电流密度

相对于传统的单点磁场探测,多点磁场协同探测可以同时获得各测点磁场,消除探测磁场随时间的变化,能更好地计算空间电流密度.根据由多点磁场反演计算空间电流密度的计算方法,开展数值仿真,分析卫星编队数量、卫星编队构型、卫星定位偏差、卫星姿态测量误差、磁场测量误差、外部磁场强度及外部电流密度等对电流反演误差的影响.仿真结果表明,5星编队优于4星编队.在5星编队条件下,卫星姿态测量误差、卫星编队构型和外部磁场强度是反演误差的主要来源.根据仿真结果,当卫星姿态误差为0.001°,卫星编队尺度约为100km时,赤道区域电流密度的反演相对误差约为24%.      

稳态等离子体推进器羽流场数值模拟

采用二维轴对称模型,使用粒子网格法(PIC)和直接模拟蒙特卡洛法(DSMC)相结合的方法,对稳态等离子体推进器(SPT)羽流场进行了数值模拟.采用DSMC方法中的随机取样频率法(RSF)求解粒子碰撞过程,并对比了不同的分配电荷方式、电子运动模型及SPT出口条件时的羽流场.将不同条件计算得到的羽流场中距SPT出口0.1?m,0.5?m及1.0?m处的离子电流密度和电荷密度与实验结果进行了对比,得出在采用面积权重法分配电荷、等熵模型描述电子运动和用实验值设定发动机出口参数时对SPT羽流场数值模拟的电流密度和轴向附近的电荷密度结果与实验结果符合程度较好的结论.     

木星外磁层结构的定态模式

本文建立了描述木星外磁层结构的磁流体力学方程组,在这一方程组中考虑了磁层转速和等离子体片倾角(等离子体片与旋转赤道平面的夹角)随径向距离的变化。在不同条件下对此方程组求解,得出了等离子体片中各变量(磁场、压力、温度、质量密度和电流密度)的空间分布表达式。结果表明:各变量随Z(离开赤道平面的距离)的变化可用两种函数形式表示,一种是双曲线函数,这种分布形式与观测结果相符合;另一种是三角函数形式。各变量随径向距离r的关系是:压力P_o(r)～r-3.4,电流密度i_o(r)～r-1.7.对于绝热过程,密度ρ_o(r)～r-2.04,温度T_o(r)～r-1.36;对于等温过程,密度ρ_o(r)～r-3.4,温度T_o=常数。最后讨论了木星磁异常对外磁层结构的可能影响。      

铜颗粒污染物对变压器油运动黏度的影响

变压器油中铜颗粒污染物的存在极易影响油液的理化性能,甚至导致重大生产事故,因而根据ISO4406:1999标准,配制了24组不同污染度的含铜颗粒油样并通过实验测试了变压器油样的运动黏度性能（40℃）,获得了实验范围内铜颗粒污染度对油液运动黏度的影响规律;然后根据测试数据采用偏最小二乘（PLS）法和支持向量机（SVM）法建立了油样中不同粒径、含量的铜颗粒与油液运动黏度的数学模型,探讨了不同粒径、含量的铜颗粒污染物对油液运动黏度的影响规律。结果表明:随着铜颗粒污染度的增加,油液的运动黏度减小;铜颗粒污染物粒径在15～25 μm范围内对油液运动黏度的影响较大,且粒径越大,油液运动黏度也越大;所建立SVM模型对验证集进行预测的相关系数和均方根误差（RMSE）分别是0.962 6、4.597×10-5。为消除实验误差,减少人为因素的影响比较准确地掌握铜颗粒污染物对油液运动黏度的影响提供了新的途径。      

Development and testing of a statistical texture model for land cover classification of the Black Sea region with MODIS imagery

A statistical model is proposed for analysis of the texture of land cover types for global and regional land cover classification by using texture features extracted by multiresolution image analysis techniques. It consists of four novel indices representing second-order texture, which are calculated after wavelet decomposition of an image and after texture extraction by a new approach that makes use of a four-pixel texture unit. The model was applied to four satellite images of the Black Sea region, obtained by Terra/MODIS and Aqua/MODIS at different spatial resolution. In single texture classification experiments, we used 15 subimages (50 × 50 pixels) of the selected classes of land covers that are present in the satellite images studied. These subimages were subjected to one-level and two-level decompositions by using orthonormal spline and Gabor-like spline wavelets. The texture indices were calculated and used as feature vectors in the supervised classification system with neural networks. The testing of the model was based on the use of two kinds of widely accepted statistical texture quantities: five texture features determined by the co-occurrence matrix (angular second moment, contrast, correlation, inverse difference moment, entropy), and four statistical texture features determined after the wavelet transformation (mean, standard deviation, energy, entropy). The supervised neural network classification was performed and the discrimination ability of the proposed texture indices was found comparable with that for the sets of five GLCM texture features and four wavelet-based texture features. The results obtained from the neural network classifier showed that the proposed texture model yielded an accuracy of 92.86% on average after orthonormal wavelet decomposition and 100% after Gabor-like wavelet decomposition for texture classification of the examined land cover types on satellite images.     

含SiO2,ZrO2微粒复合镀镍层抗高温氧化性能

通过对含有SiO₂,ZrO₂微粒复合电沉积的研究,在Cu合金表面分别获得了含量(原子数分数)为11.3％ SiO₂,5.31％ ZrO₂微粒的Ni基复合镀层.通过在800℃、900℃条件下的高温氧化和热震循环试验,研究了这种复合镀镍层的高温氧化性能和界面结合特性.结果表明:经过40?h的高温氧化,2种复合镀镍层的抗氧化性能均达到抗氧化级,而且含SiO₂微粒的复合镀镍层的抗氧化性能优于含ZrO₂微粒的复合镀镍层;经过55次冷热循环,含SiO₂微粒的复合镀镍层与铜基体结合良好.     

用不均匀钢带法测量对流换热系数的测量技术研究

对用不均匀钢带进行换热测量做了研究。制作了贴有14块扇形不均匀加热钢带作为测量面的换热盘。推导了计算不均匀加热钢带热流密度的三种不同的关系式,并对他们做了比较验证。计算了造成主要测温误差的热阻,方法是采用热电偶和热像仪相结合来比较他们的测温结果。对换热盘进行测试验证的结果表明其可以进行旋转盘的换热测量。通过换热实验,采用不均匀钢带加热、热电偶测温和遥测仪采集数据的方法,由测量出的盘面温度分布计算换热系数。     

复合材料加筋板筋条修理后的压缩性能

承受压缩载荷时,筋条损伤往往造成复合材料加筋板结构的严重失效.针对筋条壁板脱黏、腹板分层、上缘条损伤3种情况分别设计了相应的修理方案并制作了试验件.为保证压缩载荷的均匀施加,设计制作了加筋板试验专用夹具,含有固定试验件的卡槽和保证加载方向沿竖直方向的导轨.筋条修理后的复合材料加筋板的轴向压缩试验表明不同修理部位、不同修理方法对加筋板的力学性能影响不同.有限元分析表明加筋板的屈曲模态、整体破坏模式以及板-筋胶层的破坏情况都受到修理方案的影响.      

基于BoF模型的多特征融合纹理图像分类

针对特征词袋（BoF）模型缺乏空间和几何信息,对纹理图像内容表达不明显等问题,提出一种基于BoF模型的多特征融合纹理分类算法。将灰度梯度共生矩阵（GGCM）和尺度不变特征转换（SIFT）融合特征作为纹理图像的区域特征描述,通过动态权重鉴别能量分析进行最优参数特征选择,并用BoF量化纹理特征,使用支持向量机对图像进行训练和预测,得出分类结果。实验结果表明,本文算法对有旋转扭曲的纹理、边缘模糊纹理、有光照变化的纹理及杂乱纹理等均能取得较好的分类效果,相对于传统BoF模型及凹凸划分（CCP）方法等算法在UIUC纹理库上的分类正确率均有不同程度的提高,平均分类正确率分别提高12.8%和7.9%,说明本文算法针对纹理图像分类具有较高的精度和较好的鲁棒性。      

实时仿真中的逼真虚拟地球实现

针对虚拟现实中真实感不强的问题,提出了一种具有高精度地表纹理的虚拟地球实现方法,构建了一个地表纹理像素精度高达21 600像素×10 800像素、地球表面轮廓凹凸效果和大气层光晕效果的虚拟地球.采用几何计算来构建地球形状模型,将地球按经纬度分成128块,分别计算每块区域顶点坐标、法向量、纹理坐标;采用混合纹理技术对地表纹理、云层纹理及云层法向量图进行3层纹理混合实现地球表面的云层和轮廓凹凸效果;采用实时移动与放缩带大气层纹理的正方形面板来实现大气光晕效果;采用可见性判断和纹理精度管理的方法,实时判断地球表面区域的可见性、选择不同精度纹理粘贴、剔除不可见区域,减少绘制开销.实验显示,该方法在加载1.02 GB纹理像素的情况下,达到了45帧/s的帧速率.      

涡旋微槽内的单相强迫对流换热性能实验

以体积浓度30%的乙二醇水溶液为工质,采用定热流加热方式,对槽宽0.3mm的4个深度不同的矩形截面涡旋微槽试件的换热性能进行了实验研究.试件所用材料为紫铜,每个试件上分布6个涡旋微槽.实验测量了不同工质流量,不同加热功率下涡旋微槽的换热性能,分析了微槽结构、工质流速对其换热性能的影响,拟合得到相应的换热实验关联式.与平直微槽的换热性能进行了对比,结果表明涡旋微槽散热器的换热性能优于平直微槽散热器.     

真空条件下多孔平板发汗冷却试验研究

发汗冷却是解决高速飞行器关键部位热防护问题的有效途径。以不同材料的多孔平板为研究对象,以水为冷却剂,利用自行设计搭建的试验平台对多孔平板发汗冷却过程进行瞬态试验测量,得到了不同热流加热环境下不同材料多孔平板内外壁温度变化,并分析冷却剂对不同材料的冷却效果。结果表明:发汗冷却极大降低了多孔平板内外壁温度,起到了有效的主动热防护作用。对于镍、铜金属多孔平板,保持冷却剂水流量约3.5 g/s,在热流密度小于120 kW/m2的条件下,多孔平板内外壁温度稳定在30~50℃。对于陶瓷多孔平板,保持冷却剂水流量约0.32 g/s,在热流密度小于220 kW/m2的条件下,多孔平板内外壁温度基本稳定在30~40℃。在高热流密度315 kW/m2的条件下,对于镍、铜金属和陶瓷多孔平板,发汗冷却时平板内壁温度变化不大,外壁温度分别稳定在约260℃、110℃和130℃。外壁冷却剂处于完全汽化状态,且冷却剂汽化相变位置在多孔平板内部。若无发汗冷却,多孔平板内外壁温度快速升高,其平衡温度较有发汗冷却时大幅提高,进一步表明发汗冷却的巨大应用潜力。      

泡沫铜作为填充材料的相变储热实验

对填充有泡沫铜的固-液相变储热装置进行了试验研究.采用纯度为98%的正21烷(C₂₁H₄₄)作为相变材料(PCM),通过抽真空灌注的方法将其灌注到泡沫铜内部,封装并作绝热处理后作为试验件.在进行储热试验时,用嵌入了加热棒的铝制底座模拟被散热件对试验件加热,利用探针式和贴片式铂电阻(pt100)测量试验件温度并通过数据采集仪进行采集.整理绘制了在不同加热功率下的温度时间曲线,讨论和分析了此装置的热性能,结果表明泡沫铜作为填充材料能明显改善相变储能装置的传热性能和内部温度均匀性.