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应力场诱发表面扩散下晶内微孔洞演化的相场模拟

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Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2022年第3期39卷 280-290页

作者：周林勇黄佩珍张嘉明南京航空航天大学航空学院机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

基于四次双阱势函数的体自由能密度和退化的迁移率,建立了一个相场模型来模拟应力场中表面扩散诱发的晶内微孔洞的演化,推导了相应的控制方程。使用自适应网格的有限单元法计算了不同应力Λ,不同形态比β和不同线宽hˉ下椭圆形微孔洞的... 详细信息

基于四次双阱势函数的体自由能密度和退化的迁移率,建立了一个相场模型来模拟应力场中表面扩散诱发的晶内微孔洞的演化,推导了相应的控制方程。使用自适应网格的有限单元法计算了不同应力Λ,不同形态比β和不同线宽hˉ下椭圆形微孔洞的演化,并验证了程序的可靠性。结果表明,在等轴双向拉应力作用下,晶内微孔洞存在临界应力值Λc,临界形态比βc和临界线宽h_(c)。当Λ≥Λ_(c)、β≥β_(c)或h≤h_(c)时,椭圆形微孔洞逐渐形成裂纹尖端而失稳。当Λh_(c)时,椭圆形微孔洞逐渐呈现圆柱化并保持稳定。失稳时间随着应力或形态比的增大而减小,随着线宽的增大而增大。此外,对于包含两个相距不远的椭圆形微孔洞的内连导线,其应力促进孔洞的合并。

关键词：相场法应力迁移表面扩散有限元法晶内微孔洞

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内压对电场下晶内微裂纹演化的影响

计算力学学报 2012年第4期29卷 620-624,630页

作者：黄鹏黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

基于表面扩散的经典理论及其弱解描述,建立曲率、内压和电场共同作用下的有限单元法,分析了金属材料内部晶内微裂纹的演化过程。对于形态比为β的微裂纹,存在一临界电场值χc,当χχc时,微裂纹分节为上下或左右两个较小的微裂纹。内压... 详细信息

基于表面扩散的经典理论及其弱解描述,建立曲率、内压和电场共同作用下的有限单元法,分析了金属材料内部晶内微裂纹的演化过程。对于形态比为β的微裂纹,存在一临界电场值χc,当χχc时,微裂纹分节为上下或左右两个较小的微裂纹。内压加速有助于微裂纹分节。对于β>1的微裂纹,当β和χ一定时存在一临界内压值qc,当q>qc时,随着电场和内压的增大会率先在裂纹的右端发生裂纹扩展。

关键词：晶内微裂纹电场内压有限元

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力、电、热作用下晶内微裂纹的演化

工程力学 2013年第6期30卷 6-10,15页

作者：徐春风黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

基于表面扩散的经典理论及其弱解描述,对曲率、力、电和热共同作用下金属材料内部晶内微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了微裂纹初始形态、电场大小、应力大小和电致生热对微裂纹演化的影响。结果表明:对于形态比为的微裂纹,存... 详细信息

基于表面扩散的经典理论及其弱解描述,对曲率、力、电和热共同作用下金属材料内部晶内微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了微裂纹初始形态、电场大小、应力大小和电致生热对微裂纹演化的影响。结果表明:对于形态比为的微裂纹,存在一临界电场值c和临界应力值c。当c且c时,微裂纹逐渐圆柱化;当c或c时,微裂纹分节为上、下或左、右两个小裂纹。热应力可减小c的值,即有利于微裂纹分节。同时热应力可加快微裂纹的漂移速度,缩短分节时间。

关键词：微裂纹演化有限元表面扩散电场应力场热应力

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梯度应力场与电场下晶内微裂纹的演化

应用力学学报 2018年第4期35卷 681-687页

作者：程强黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

基于微结构演化的经典理论,建立力电作用下的有限单元法,数值再现梯度应力场与电场诱发表面扩散下内连导线中晶内微裂纹的演化过程。结果表明:在梯度应力场与电场共同作用下,晶内微裂纹形态演化存在临界应力梯度P_c、临界电场值X_c、临... 详细信息

基于微结构演化的经典理论,建立力电作用下的有限单元法,数值再现梯度应力场与电场诱发表面扩散下内连导线中晶内微裂纹的演化过程。结果表明:在梯度应力场与电场共同作用下,晶内微裂纹形态演化存在临界应力梯度P_c、临界电场值X_c、临界形态比β_c,当P

关键词：梯度应力场电场表面扩散晶内微裂纹有限单元法

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应力诱发界面迁移下晶内孔洞的演化

力学学报 2018年第4期50卷 828-836页

作者：余文韬黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

随着微电子技术的迅猛发展,集成电路中内连导线的失效问题引起广泛关注.内连导线内部孔洞萌生、长大、漂移和失稳变形成狭长裂纹,从而导致电路的开路失效.这是内连导线失效的常见形式.而界面迁移是导致微结构形态演化的主要机制之一.本... 详细信息

随着微电子技术的迅猛发展,集成电路中内连导线的失效问题引起广泛关注.内连导线内部孔洞萌生、长大、漂移和失稳变形成狭长裂纹,从而导致电路的开路失效.这是内连导线失效的常见形式.而界面迁移是导致微结构形态演化的主要机制之一.本文基于界面迁移下微结构演化的经典理论和弱解描述,建立了应力诱发界面迁移下微结构演化的有限单元法,并验证了算法的可靠性.对铜内连导线中晶内孔洞的演化进行了数值模拟,详细分析了应力、线宽及形态比对晶内孔洞演化的影响.研究结果表明,椭圆形晶内孔洞存在生长和收缩两种演化分叉趋势.通过大量数值分析得到了晶内孔洞演化的临界应力?σ_c、临界线宽?h_c和临界形态比β_c.当?σ≥?σ_c,?h≤?h_c或β≥β_c时,晶内孔洞会沿长轴长大;反之,晶内孔洞会收缩甚至愈合.此外,应力?σ越大、线宽?h越小或形态比β越大,晶内孔洞越易发生长大,且孔洞面积增大速度越快;?σ越小、?h越大或β越小,晶内孔洞越易发生收缩,且孔洞面积减小速度越快.

关键词：应力迁移界面迁移有限单元法晶内孔洞演化孔洞生长收缩

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多场诱发表面和晶界扩散下沿晶微裂纹的演化

工程力学 2015年第11期32卷 27-32,39页

作者：李晓伟黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

基于表面扩散和晶界扩散的经典理论及其弱解描述,对应力迁移、电迁移诱发表面扩散和晶界扩散下金属材料内部沿晶微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了扩散系数之比f、应力场Λ、电场χ和形态比β对沿晶微裂纹演化的影响。结果表明... 详细信息

基于表面扩散和晶界扩散的经典理论及其弱解描述,对应力迁移、电迁移诱发表面扩散和晶界扩散下金属材料内部沿晶微裂纹的演化进行了有限元分析。详细讨论了扩散系数之比f、应力场Λ、电场χ和形态比β对沿晶微裂纹演化的影响。结果表明:多场下的沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势。f和χ有助于沿晶微裂纹扩展,而Λ阻碍沿晶微裂纹扩展。裂腔分节时间随着Λ的增大而逐渐减小,而随着β的增大而增大。当χ≤50时,随着χ的增大,裂纹分节的时间显著减小,即χ加速裂纹分节;当χ>50时,χ对裂纹分节时间的影响不明显。

关键词：沿晶微裂纹表面扩散晶界扩散有限元法应力迁移电迁移

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弹性模量比对界面迁移下夹杂演化的影响

工程力学 2020年第7期37卷 8-16页

作者：井亚彬黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

集成电路的导线内不可避免存在夹杂等缺陷。在各种内在机制以及外界环境作用下夹杂会出现形态演化从而影响内连导线的各种性能。该文基于界面迁移机制下微结构演化理论,推导了应力诱发固-固界面迁移的单元控制方程,数值模拟了夹杂-基体... 详细信息

集成电路的导线内不可避免存在夹杂等缺陷。在各种内在机制以及外界环境作用下夹杂会出现形态演化从而影响内连导线的各种性能。该文基于界面迁移机制下微结构演化理论,推导了应力诱发固-固界面迁移的单元控制方程,数值模拟了夹杂-基体弹性模量比对夹杂形态演化的影响。结果表明:不同模量比下夹杂的σ>σ_c、β>β_c或h0.6时,模量比对于临界应力和临界形态比的影响可忽略。

关键词：夹杂模量比有限单元法应力界面迁移

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内连导线线宽对沿晶微裂纹演化的影响

南京航空航天大学学报 2017年第4期49卷 518-523页

作者：杜杰锋黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

基于应力诱发表面扩散的经典理论,用有限元法模拟了线宽对铜内连导线中沿晶微裂纹演化的影响。数值模拟结果表明:随着线宽的减小,椭圆形沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势,且演化分节存在临界线宽珔hc;当珔h≤珔hc时,沿晶微... 详细信息

基于应力诱发表面扩散的经典理论,用有限元法模拟了线宽对铜内连导线中沿晶微裂纹演化的影响。数值模拟结果表明:随着线宽的减小,椭圆形沿晶微裂纹存在分节与不分节两种演化分叉趋势,且演化分节存在临界线宽珔hc;当珔h≤珔hc时,沿晶微裂纹分节成3个新的沿晶微裂纹;当珔h>珔hc时,沿晶微裂纹圆柱化。沿晶微裂纹分节时间^tf随线宽的减小而减小,即减小线宽会加速微裂纹分节。临界外载珋σc与临界形态比βc随线宽的减小而减小,即减小线宽有利于沿晶微裂纹分节。临界外载和临界形态比随晶界能与表面能比值的增大而减小,且沿晶微裂纹比晶内微裂纹更易发生分节。

关键词：沿晶微裂纹演化内连导线应力迁移线宽有限单元法

裂面形貌扰动对晶内微裂纹演变影响的有限元分析

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中南大学学报（自然科学版） 2008年第4期39卷 760-764页

作者：王远鹏黄佩珍南京航空航天大学航空宇航学院江苏南京210016

根据表面扩散控制下物质迁移规律,建立有限单元法,对裂面形貌扰动下二维微裂纹演变过程进行数值模拟。结果表明:裂尖的几何形状对微裂纹圆柱化时间起决定性作用;在裂面形貌扰动振幅不变的情况下,扰动频率越高,其对裂腔分节临界形态比的... 详细信息

根据表面扩散控制下物质迁移规律,建立有限单元法,对裂面形貌扰动下二维微裂纹演变过程进行数值模拟。结果表明:裂尖的几何形状对微裂纹圆柱化时间起决定性作用;在裂面形貌扰动振幅不变的情况下,扰动频率越高,其对裂腔分节临界形态比的影响越小,且波数为奇数的微裂纹更容易分节;振幅对裂腔分节起阻碍作用;裂面形貌扰动频率越小,振幅对裂腔分节临界形态比的影响越显著。

关键词：晶内微裂纹表面扩散有限单元法裂面形貌扰动形貌演变