钎料合金蠕变行为及非耦合型本构理论研究进展

在严苛的服役环境与小型化结构设计需求的双重作用下,航天仪器设备所承受的载荷不断增加并愈加复杂,而焊点、引线等封装结构作为仪器设备的薄弱环节,一旦破坏往往会导致器件甚至设备功能丧失,为了提升仪器设备的环境适应性与可靠性,需要准确把握封装结构材料蠕变行为与损伤机理,完善钎料合金本构理论并提升材料蠕变性能预测精度,发展封装结构精细化仿真分析方法。本文梳理了钎料合金蠕变性能及其影响因素,回顾了非耦合型本构理论的发展历程与研究热点,分析了相关模型的预测能力,为深入理解钎料合金蠕变行为与性能预测奠定基础。     

Mg-Al-Zn基钎料合金的研究

设计了三种可用于MB8镁合金炉中钎焊的Mg-Al-Zn基合金钎料。测试了它们在MB8镁合金上的润湿性、填充性及接头力学性能。结果表明,所制备的Mg-Al-Zn基合金钎料对MB8镁合金均具有良好的润湿性和填充性,且在钎料中添加微量的Mn、稀土Re元素有助于提高钎料的抗氧化性和钎焊接头的强度。     

钎焊气氛对金刚石磨粒与钎料界面微观结构的影响

在真空和Ar气两种不同的氛围中,采用NiCr合金钎料,进行了炉中钎焊金刚石磨粒的试验研究。运用扫描电镜（SEM）、X-射线能谱仪（EDS）和X-射线衍射结构研究了不同钎焊气氛对NiCr合金钎料成分和金刚石磨粒与钎料界面微观结构的影响。结果表明：（1）在不同的钎焊气氛下,由于氧分压的不同导致了NiCr合金钎料的成分也不相同。在Ar气保护气氛下的炉中钎焊金刚石试样表面有B2O3生成。（2）在不同钎焊气氛中,在金刚石磨粒与合金钎料界面生成物都主要为铬的碳化物。但生成物表面形貌不同,在真空炉中焊后的金刚石磨粒表面生成物成放射状生长,而在Ar气保护炉中钎焊后的金刚石磨粒表面生成物如杂草一样生长且生成物组织较真空炉中细小。     

BCu93P丝状钎料的断裂分析

针对BCu39P钎料丝材在热挤压过程中易产生断裂，质量不稳定等缺陷，用金相法和扫描电镜（SEM），分析和研究了该钎料丝材的内部组织分布和断口形貌，找出了引起钎料断裂的原因，并提出了解决措施和钎料内部组织分布的理想模型。     

CoCrFeMnNiTiX高熵合金钎焊接头微观组织及力学性能研究

采用BNi2钎料对3种CrCoFeMnNiTiX系高熵合金进行了真空钎焊.通过扫描电子显微镜、能谱分析和剪切试验等分析测试技术对钎焊接头的微观组织与力学性能进行了研究.结果表明:在选定的焊接工艺参数下,能够实现3种CoCrFeMnNiTiX高熵合金的良好钎焊连接.3种合金的真空钎焊接头均由钎缝区、扩散区和母材3个区域组...     

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。     

Ni颗粒合金化对Sn58Bi钎料组织和性能的影响

针对Sn58Bi钎料组织和性能在时效阶段稳定性差的问题,研究了Ni(50 nm)颗粒合金化对时效阶段Sn58Bi钎料组织和性能的影响。研究结果表明:在时效反应阶段,复合钎料中会产生金属间化合物(IMC)阻挡层,抑制了Cu6Sn5向Cu3Sn的相变过程,使得Bi相无法再通过此相变过程而大量偏聚到钎缝结合处,从而提高了Sn58Bi-Ni钎料焊缝接头的组织稳定性能。当Sn58Bi钎料中添加的Ni颗粒后,Bi相的形核率得以提升,局部的钎料组织发生细化,纯Bi相和纯Sn相的偏聚被抑制,钎料内部组织时效稳定性能提高。当Ni质量分数约为0.5%时,在Sn58Bi-Ni复合钎料中组织及性能指标最佳。     

稀土镧对Ag-Cu-Ti钎料微观组织与性能的影响

研究了稀土元素镧对Ag-Cu-Ti钎料合金微观组织、物理性能和显微硬度的影响。实验结果表明,添加一定量的稀土元素镧对Ag—Cu—Ti钎料合金的熔化温度无明显影响,但可显著提高钎料合金的润湿性能和显微硬度。分析结果表明,稀土元素镧可以细化钎料合金的微观组织,使金属间化合物分布更加均匀。这也是实验条件下Ag—Cu—Ti钎料合金显微硬度提高的主要原因。钎料Ag—Cu—Ti合金中稀土镧加入的质量分数不应超过0．5％。     

纳米TiC粉末改性钎料钎焊CBN磨粒的结合界面和磨损特性

采用了Ag-Cu-Ti 合金和纳米 TiC 粉末组成的新型复合钎料钎焊立方氮化硼(CBN)磨粒和工具基体,运用了三维体式显微镜和扫描电镜,研究了CBN磨粒与改性钎料之间的结合体系,包括界面微结构和反应产物,并进行了钎焊磨粒耐磨性试验.试验结果表明:加入的纳米TiC粉末均匀分布在钎料层内,细化了Ag-Cu-Ti合金钎料层的显微组织,有效控制了CBN磨粒与钎料的剧烈反应;磨粒表面化合物均匀致密,确保了CBN磨粒、纳米改性钎料和基体之间的结合强度;钎焊CBN磨粒的磨损形式以磨耗磨损为主,后期出现微小破碎,无磨粒脱落.     

陶瓷基复合材料结构不确定性传播分析

陶瓷基复合材料因其耐高温、高强度比、抗腐蚀等出色的力学性能而被广泛应用于航空航天领域中。然而，制备工艺的复杂性导致陶瓷基复合材料的本构模型中存在大量的不确定性，无法合理估计给定工况下结构的力学行为。为此，本文首先探究了陶瓷基复合材料中的材料参数对其本构模型的影响，并建立了考虑孔隙率的陶瓷基复合材料各向异性本构模型。随后，进一步提出了一种基于稀疏混沌多项式展开的不确定性传播分析方法，定量地分析材料参数及外界环境的不确定性对陶瓷基复合材料性能的影响，进而为结构的优化设计提供有效指导。最后，以陶瓷基复合材料圆柱壳模型为例，验证了本文所提方法的有效性。     

均匀受压粘弹性圆环稳定性分析

采用Boltzmann线粘弹性元件本构理论,运用假设模态法、Galerkin方法及数值计算相结合的方法,建立了均匀受压粘弹性圆环的屈曲模型,研究了粘弹性系统在外在载荷的作用下的极限载荷及稳定性位移问题。发现了粘弹性结构蠕变屈曲的典型特征：延迟失稳。通过极限分析法和数值方法研究了环失稳后的后屈曲模态及相关参数对系统后屈曲解的影响。     

铝锂合金的钎焊性研究

通过试验研究,探讨了铝锂合金的钎焊性。试验结果表明,铝锂合金具有良好的高温软钎焊性和硬钎焊性,在钎料中添加微量稀土,可进一步提高钎焊接头的性能。     

冲击载荷作用下泡沫铝材料模型的参数研究

通过霍布金森杆冲击试验,研究将修改后的Liu与Subhash关于聚合物泡沫的本构模型应用于泡沫铝材料的可行性,对不同相对密度下的材料模型参数进行拟合,并研究参数变化对应力应变关系的影响.结果显示:该本构模型可以应用于泡沫铝材料模型的研究;材料相对密度和模型参数变化对应力应变关系影响比较大;拟合曲线和试验曲线基本吻合,拟合得到的参数值对工程具有一定的参考价值.     

粘弹性阻尼结构的动特性分析

本文研究了粘弹性阻尼结构动力特性的分析方法。根据分数导数模型表示的粘弹性材料本构方程,对一种阻尼材料用拟合法构造了它的力学性能解析表达式。建立了一种八自由度夹层梁有限元模型,从而给出了粘弹性阻尼结构的典型动力学方程。为分析粘弹性阻尼结构的动力特性,提出了一种非线性特征值问题的迭代解法。应用上述方法对悬臂约束阻尼层梁的复模态参数进行了分析,并进行了实验验证。结果表明,分析与实验的结果一致,说明本文所提出的方法是可靠的且有较好的精度和实用性。     

高弹性橡胶夹层结构封严板分析方法

飞机活动面缝隙采用封严结构可以有效提升隐身性能。本文提出了一种橡胶夹层结构的封严板结构,对该封严板使用的橡胶材料进行了单轴、等双轴与平面拉伸试验。对常用的Mooney-Rivlin、二次多项式、Neo-Hookean、Yeoh和三次Ogden本构模型进行拟合分析,确定了二次多项式和三次Ogden形式的高弹性材料模型,在此基础上建立了封严板结构有限元模型并进行装配分析和气动载荷作用分析。最后通过试验验证了所选用的橡胶材料高弹性本构模型与橡胶夹层封严板结构仿真分析方法的正确性。     

基于人工神经网络的混凝土类材料SHPB动态压缩性能预测

针对混凝土类脆性材料高应变率下本构行为,结合ABAQUS有限元仿真与反向传播（Back propagation,BP）人工神经网络技术,对分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson pressure bar,SHPB）实验过程中关键波形参数进行仿真和机器学习,建立了混凝土类材料SHPB高应变率下力学性能预测的机器学习模型,极大地提升了复杂脆性材料受冲击状态下变形行为与本构参数之间关联机制的计算效率。利用商业有限元软件ABAQUS的动态分析模块,通过在入射杆自由面设置4种不同的应力波,得到在不同应变率下材料应力-应变曲线,通过对比数值模拟结果和SHPB实验,验证了基于有限元分析的计算结果准确性。以20组ABAQUS仿真结果作为训练样本,其中入射波作为输入层,透射波和反射波作为输出层,建立相应的机器学习预测模型。研究结果表明：基于BP人工神经网络技术的机器学习预测模型具有良好的适用性,可代替量大且耗时的有限元仿真建模、分析及后处理流程,实现了高应变率下混凝土类材料应力-应变曲线形式本构行为的高效准确预测,同时可以预测给定训练样本以外更大应变率范围下材料应力-应变曲线。     

压力环境下固体推进剂含损伤的统一本构研究

为了建立固体推进剂压力环境下的统一的损伤本构方程,利用改进的万能材料试验机对一种固体推进剂在常温下、不同的压力环境进行了准静态拉伸实验。利用ABAQUS软件的二次开发用户材料子程序UMAT接口,根据实验得到的结果及其应力应变响应特征,确定了本构方程中的系数。计算结果说明本构方程能够很好地描述该推进剂在压力环境下的力学行为。     

圆形复合材料易碎盖定向分离

研究了复合材料易碎盖分离体定向抛出的策略。通过改变局部薄弱区搭接厚度和保持部分分离体与法兰边不刻断两种方式控制薄弱区强度,设计了4种不同薄弱区结构分布形式的复合材料易碎盖。对于薄弱区采用了可失效的弹塑性本构建立了不同薄弱区结构分布形式的复合材料易碎盖的有限元模型,并进行了冲破过程的数值仿真。根据数值仿真结果制作了其中两种结构形式的易碎盖并进行了模拟冲破试验。计算与试验结果表明了通过改变薄弱区的强度实现圆形复合材料易碎盖侧抛方案的可行性。     

含橡胶隔振器振动系统动态特性研究

以APU隔振器为研究对象,提出采用五参数分数导数建立橡胶隔振器本构模型。推导了含橡胶隔振器振动系统的非线性动力学有限元方程式。分析了隔振器结构参数变化对传递率特性的影响。研究结果表明:文中的数值计算方法能更好地预测含橡胶隔振器振动系统的动态特性。     

强冲击载荷下金属材料的动态力学性能（述评）

介绍金属材料在强冲击载荷下的动态力学性能,偏重于高速碰撞理论预估中要用的材料本构关系。文中收集了某些材料特别是钢和铝的一些国内外数据。