含孔复合材料层合板轴向拉伸三维有限元渐进失效分析

基于渐进失效分析方法,建立了带孔的三维有限元模型.该模型能有效计算应力集中区和自由边界区的应力以及层间应力,为渐进失效分析提供了可靠的基础.本文采用了修正的三维Hashin准则作为单元失效的判断依据,使用交互式退化模型对失效单元进行材料性能退化;同时研究了材料常数υ23值和刚度缩减系数(SCR)对失效载荷预测结果的影响;实现了失效扩展过程的仿真分析;计算了不同层合板的最终失效载荷,计算值与试验值误差小于10%.     

基于逆高斯过程的加速退化试验失效机理一致性判定

针对加速退化试验中逆高斯过程的特点,建立基于逆高斯过程的加速退化试验失效机理一致性判定方法。首先考虑带有随机波动影响的逆高斯过程模型,给出针对单个样本退化数据及融合所有样本退化数据的极大似然函数,进而得到逆高斯模型假设下参数的极大似然估计。其次结合加速试验失效机理一致性理论,基于加速系数不变原则给出逆高斯过程模型参数应满足的条件,并利用t统计量对加速过程进行失效机理一致性检验。最后,在案例中应用本文方法对某电子器件的应力松弛数据进行了统计分析。     

基于二元相关的器件级可靠性建模与剩余寿命预测研究

器件作为部件及设备的主要组成部分,其可靠性及健康状态对设备功能完好性及任务可靠性具有重大影响。本文针对复杂应力条件下单一性能退化的可靠性建模不能全面地评估器件的状态和退化,提出基于Copula函数的二元性能退化联合建模的流程和方法,将联合建模分解为边缘退化模型选择与确定和性能参数之间关联性的构建两部分。同时,基于卡尔曼滤波方法,提出二元性能退化的剩余寿命预测方法,并利用芯片试验数据进行验证,应用于基于两焊点退化的芯片可靠性建模和剩余寿命预测。     

复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型

采用有限元方法发展了一个复合材料层合板疲劳寿命分析的系列单元失效模型,模型给出了复合材料层合板刚度退化、内部损伤和损伤累积规律,把层合板的失效过程模拟成单元刚度逐步退化、应力不断重新分布、单元损伤不断累积的动态过程。利用ANSYS软件进行了两个算例分析,分析预测结果与试验结果吻合较好。     

复合材料单排多钉连接三维累积损伤强度分析

机械连接是复合材料结构的主要连接形式,针对复合材料层合板单排多钉双剪联接接头,建立了静拉伸三维累积损伤模型,考虑了多种最终失效判定准则;考虑了单排钉不同的几何尺寸。结合有限元技术即应力分析、失效判定准则、损伤后材料性能退化及机械连接最终失效准则,对复合材料机械连接接头部位在静载作用下的累积损伤失效过程及各钉孔孔径的变化过程进行模拟分析。用该模型预测的结果与试验结果进行了比较分析,数值分析结果与试验结果比较一致。     

电子整机加速贮存试验及寿命评估方法研究

以某典型电子整机为例,通过步进应力试验方法对该电子整机的两批产品进行了四个不同应力量级的高温加速贮存试验。结果表明:高温老化过程中,随着温度应力量级的不断提高,电子整机的性能测试数据未发生明显退化,而是在最高应力量级的某一阶段出现突变失效现象。本文分析了产品加速贮存试验中的故障机理,并根据试验结果推导得到了该电子整机的高温贮存加速因子。     

QFP焊点形态预测及可靠性分析

本文根据液态焊料润湿理论和最小能量原理对QFP焊点的几何形态进行了预测。采用统一型粘塑性Anand本构方程描述焊点的粘塑性力学行为，通过非线性有限元方法研究焊点在热循环作用下的应力应变关系，基于疲劳寿命预测公式对焊点的热疲劳寿命进行预测。     

复杂应力状态下7085铝合金失效破坏试验与数值研究

本文在损伤力学和金属延性断裂理论的框架下,通过设计多种局部细节特征的元件级试验件,研究7085铝合金材料在不同应力状态下的破坏性能.通过试验与有限元分析相结合,建立7085铝合金材料断裂塑性应变与应力状态参数(应力三轴度)间的关系,作为金属材料失效判据.最后,通过接头结构破坏试验,验证失效判据的预测精度,试验与数值仿真...     

压缩载荷下非对称变厚度复合材料层合板性能研究

对非对称结构形式的变厚度复合材料层合板在准静态压缩载荷下的失效机理进行了试验和数值研究。在ABAQUS/Explicit中建立全新的三维有限元模型（Finite element model, FEM）,其中Hashin准则用于复合材料层合板渐进失效分析,内聚力建模用于模拟分层的萌生和扩展。根据试验得到的应变数据分析,不连续的中性轴使层合板中产生弯矩,这些弯矩与轴向压缩载荷相互耦合,共同作用在层合板上。有限元结果表明,在薄段和变厚度段的交界处存在明显的应力集中,且薄段的应力大于厚段的应力。在交界处,发生了分层以及纤维和基体的压缩损伤,这与试验的结果一致。FEM预测的极限荷载比试验测得的平均极限荷载小10.7%,证明了模型的可行性和合理性。     

热循环对金带微电阻点焊接头连接界面及抗拉力的影响

针对金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构,制备单面微电阻点焊焊点,在模拟空间环境温度交替变化的条件下,即-65℃～150℃,温度转换时间1分钟,高低温保温时间各15分钟,进行500次的热循环试验。借助聚焦离子/电子双束电镜和拉力测试机,研究焊点的微观界面、断裂模式及抗拉力,分析有无热循环焊点连接界面变化机理及焊点的可靠性。结果表明,热循环过程中,焊点连接界面上未紧密接触的孔洞,在畸变能差驱动的界面扩散作用下,从孔颈处开始接触并发生原子结合,尺度减小。未经热循环焊点和经历了热循环试验的焊点,断裂模式均为金带颈部断裂,平均拉力值变化不超过10g,其差异主要由热循环试验热应力对金带的损伤程度不同引起。在模拟空间环境热循环试验条件下,金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构单面微电阻点焊焊点具备高可靠度。     

基于关键性能参数退化的伺服系统贮存寿命评估

由于现代装备长寿命、高可靠的特点,较短时间内很难获得足够的失效数据,使得基于失效数据的寿命评估方法难以应用。相对于失效数据来说,产品的性能退化数据包含了更多的信息,而且通过产品的性能退化数据进行可靠性和寿命评估可以更加节约试验时间和费用,因此基于性能退化数据的寿命分析是解决长寿命、高可靠产品寿命评估问题的有效途径之一。本文以某型伺服系统为对象,根据自然贮存和加速贮存试验数据建立关键性能参数的退化模型,利用退化模型求解失效概率分布函数或贮存可靠度函数,进而得到基于关键性能参数的贮存寿命评估结果,最终实现对伺服系统贮存寿命的综合评估。     

振动环境下焊点疲劳失效与裂纹扩展分析

采用子结构方法对振动加载条件下组装有EBGA器件的印制电路板系统进行有限元建模,研究了振动环境下焊点疲劳速率与环境温度、振动频率之间的关系;然后又利用局部/整体相结合的方法对EBGA焊点中由于热循环试验导致的微裂纹在振动试验条件下的扩展情况进行了分析,研究结论可以为HALT试验中振动试验方案的制订以及热循环与振动试验结合方式的优化提供理论指南,最后对分析结果进行了试验验证。     

温度-荷载耦合场下机场跑道剩余寿命评价模型

针对道面板在飞机荷载与温度耦合场复合作用下的道面寿命问题，首先，通过试验准确测量基于道面板深度的温度分布情况，得出了不同厚度道面板最大温度梯度推荐值，确定了仿真温度场加载参数。然后，在大量仿真试验分析的基础上，开展土基模量、道面板厚度和温差因素对道面板内应力的敏感性影响分析，建立温度应力与温差相关性关系模型，并通过实例验证其有效性。最后，在道面板临界荷位处进行飞机与温度耦合仿真加载试验分析，结果表明温度梯度和飞机荷载共同作用下产生的耦合应力小于温度翘曲应力和荷载应力的叠加之和，两者相差4.93%。基于荷载和温度耦合作用下的应力损伤累积原理，计算道面剩余容许作用次数，构建耦合场下道面剩余寿命评价模型，并进行实例应用。     

航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳研究进展

航空发动机和燃气轮机在海洋环境下服役时,热端部件承受高温、高压、高转速机械载荷和高盐雾、高湿度等腐蚀环境耦合作用,常发生热腐蚀-疲劳失效,影响结构完整性、安全性和可靠性。本文针对航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳失效问题,总结和分析了涡轮盘、涡轮叶片高温合金及涂层热腐蚀机理,涡轮盘、涡轮叶片高温合金热腐蚀-疲劳失效机理以及热腐蚀-疲劳寿命预测模型和寿命评估方法,并对航空发动机和燃气轮机热端部件热腐蚀-疲劳试验研究和寿命评估方法的发展趋势进行了展望,以期促进燃气-海洋环境耦合作用下热端部件结构完整性评定方法的发展。     

噪声振动环境中的仪器设备损伤研究

对噪声振动环境下的仪器电路板损伤进行了研究,以解释高噪声环境下某机箱电路板引脚断裂机理。应用噪声激励下激光测振技术、声传递试验方法、有限元分析动态响应分析技术,给出了元器件管脚动态应力分布,并根据S-N曲线对结构的寿命进行评估分析,理论分析所得出的失效模式及寿命时间和试验情况基本吻合。本文所探索的噪声激励下的电路板应力分析及寿命评估技术可以用来评估力学环境造成的仪器损伤,拓展了仪器可靠性评估途径,具有较高的工程应用价值和借鉴意义。     

温循载荷作用下电路板焊点的寿命评估

针对某CQFP封装形式的电路板在温循载荷作用下焊点开裂的现象,利用焊料的蠕变本构模型对其采用有限元方法进行分析计算,发现结构的最大蠕变应变位于引线边角焊点的上表面处,与试验现象符合。同时,采用应变疲劳模型对结构的寿命进行评估,计算的循环次数和试验吻合较好,为故障现象的机理研究及改进提供了一定的理论和方法支撑。     

联轴器螺栓紧固件循环载荷作用下的应力分布

循环载荷作用下联轴器螺栓紧固件的应力状态对联轴器的失效分析具有重要意义。本文采用螺纹精确几何结构建模方法以及商用有限元软件ANSYS对联轴器的螺栓螺纹进行了有限元建模,对螺栓循环载荷作用下的自松弛进行了分析,并进一步分析了循环载荷作用下的螺栓头接触面应力分布及变化情况,通过试验进行对比验证。本文研究揭示了螺栓自松弛的原因及机理,为深入研究联轴器螺纹螺栓的预紧可靠性提供了参考。     

基于模糊理论的火工品贮存敏感应力排序方法

随着火工品贮存可靠性评估要求的提高,火工品贮存试验逐渐由单应力试验向综合应力试验方向发展,如何开展火工品贮存敏感应力影响评价,明确综合应力试验的发展方向,越来越受到人们的重视。本文采用模糊评价方法,利用火工品贮存失效分析结果、火工品出厂时的验收数据、火工品长期贮存过程中不同应力存在时间长短,建立模糊矩阵,通过判断、推理、论证,给出各敏感应力重要性排序。     

纤维失效对陶瓷基复合材料准静态加卸载迟滞回线的影响(英文)

采用双参数威布尔模型描述纤维强度分布,结合总体载荷承担准则确定基体裂纹平面处断裂纤维和完好纤维承担载荷。基于卸载/重新加载时纤维相对基体滑移损伤机理,确定了纤维轴向应力分布。采用断裂力学方法确定了界面脱粘长度、卸载界面反向滑移长度和重新加载新界面滑移长度,对比了不同峰值应力下考虑和未考虑纤维失效影响的迟滞回线,分析了纤维特征强度和纤维威布尔模量对纤维失效、迟滞回线形状和面积的影响,预测的迟滞回线与试验数据相吻合。     

复合材料开口加筋壁板承载性能分析

为研究复合材料开口加筋壁板承载能力和失效模式,设计实施了壁板压缩试验,并基于复合材料层合板剪切理论和金属塑性硬化理论建立了复合材料开口加筋壁板有限元模型,研究了边界条件对壁板承载能力的影响,提出在加载边施加简支及铰弹簧约束,较好地模拟了壁板压缩失效过程。通过对比发现,压缩试验与仿真计算的失效模式均为壁板中部弯曲,对于开口附近位移结果光测试验和仿真计算误差小于6.3%。采用二维Hashin准则和最大应力准则分别评估了各铺层纤维损伤趋势和桁条塑性特征,并结合承力构件损伤程度分析了开口加筋壁板的压缩破坏机制。