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单晶硅超精密磨削过程的分子动力学仿真

机械工程学报 2006年第6期42卷 46-50页

作者：郭晓光郭东明康仁科金洙吉大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023

对内部无缺陷的单晶硅超精密磨削过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度观察了微量磨削过程,解释了微观材料去除、表面形成和亚表面损伤机理,并分析了磨削过程中的磨削力和磨削能量消耗。研究表明:磨削过程中,在与磨粒接触的硅表面... 详细信息

对内部无缺陷的单晶硅超精密磨削过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度观察了微量磨削过程,解释了微观材料去除、表面形成和亚表面损伤机理,并分析了磨削过程中的磨削力和磨削能量消耗。研究表明:磨削过程中,在与磨粒接触的硅表面原子受到磨粒的挤压和剪切发生变形,堆积在磨粒的前方,当贮存在变形晶格中的应变能超过一定值时,硅的原子键断裂,即完成了材料的去除;随着磨粒的运动,磨粒前下方的硅晶格在磨粒的压应力作用下晶格被打破,形成了非晶层,非晶层不断向前向深处扩展,造成了单晶硅亚表面的损伤;同时部分非晶层原子在压应力的作用下与已加工表层断裂的原子键结合,重构形成已加工表面变质层。

关键词：超精密磨削分子动力学仿真加工机理

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三维柔性微动平台拓扑优化设计

农业机械学报 2008年第3期39卷 131-133,143页

作者：杨姝郭东明米大海大连理工大学机械工程学院

将有限元方法和结构拓扑优化方法应用于三维微动平台设计。以平台中心位置的输出位移为优化目标,以应力准则为约束条件,建立了三维微动平台的拓扑优化数学模型。该优化问题采用敏度分析方法和准则法求解,并采用过滤技术解决优化过程中... 详细信息

将有限元方法和结构拓扑优化方法应用于三维微动平台设计。以平台中心位置的输出位移为优化目标,以应力准则为约束条件,建立了三维微动平台的拓扑优化数学模型。该优化问题采用敏度分析方法和准则法求解,并采用过滤技术解决优化过程中出现的棋盘格式和网络依赖性问题。通过设计一个三维微动平台以及ANSYS的模拟演示,证明柔性结构拓扑优化方法适用于三维微动平台的设计。

关键词：微动平台三维柔性拓扑优化

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多级粗糙表面对抛光液微流动影响的数值分析

机械工程学报 2011年第9期47卷 169-174页

作者：周平郭东明金洙吉康仁科大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

由于特征线宽的进一步细微化,超大规模集成电路的进一步发展受到平坦化技术发展水平的制约。抛光液流动性能是影响平坦化加工性能和效率的重要因素之一,为增强抛光液的流动性,在抛光垫表面增加沟槽是有效的技术手段。以带沟槽抛光垫多... 详细信息

由于特征线宽的进一步细微化,超大规模集成电路的进一步发展受到平坦化技术发展水平的制约。抛光液流动性能是影响平坦化加工性能和效率的重要因素之一,为增强抛光液的流动性,在抛光垫表面增加沟槽是有效的技术手段。以带沟槽抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动为研究对象,采用多级粗糙表面计算机模拟生成技术和计算流体动力学新方法格子Boltzmann方法,对抛光液在多级粗糙间隙内的流动过程进行分析。初步研究抛光垫多级粗糙表面的抛光液微流动特性,并且分析抛光垫表面形貌特征对抛光液流动的影响。结果表明,所提出的抛光液微流动研究方法可以用来分析抛光垫几何参数对抛光液输送过程的影响,并且具有很好的统计特性,这为抛光垫的修整和新一代抛光垫的设计制造提供了一种理论研究方法。

关键词：化学机械抛光粗糙表面微尺度流动抛光液

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多级粗糙间隙内的两相微流动数值模拟

机械工程学报 2011年第15期47卷 83-88页

作者：周平郭东明康仁科金洙吉大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

以带沟槽抛光垫多级粗糙间隙内的固液两相微流动为研究对象,基于计算机模拟生成多级粗糙表面,利用格子Boltzmman方法(Lattice Boltzmann method,LBM)计算微观流场,对抛光液在多级粗糙间隙内的流动过程以及固体颗粒的运动轨迹进行分析。... 详细信息

以带沟槽抛光垫多级粗糙间隙内的固液两相微流动为研究对象,基于计算机模拟生成多级粗糙表面,利用格子Boltzmman方法(Lattice Boltzmann method,LBM)计算微观流场,对抛光液在多级粗糙间隙内的流动过程以及固体颗粒的运动轨迹进行分析。探讨将这种新的抛光液两相微流动分析方法用于平坦化机理研究的可行性,并初步研究固体颗粒在多级粗糙间隙内的运动和碰撞过程,分析固体颗粒的运动特性。研究表明,多级粗糙表面的计算机模拟生成技术结合稀疏两相流模拟可以用来分析多级粗糙间隙内抛光液流动和固体颗粒运动轨迹。通过对抛光垫多级粗糙间隙内两相微流动的研究,有助于揭示晶片表面缺陷产生的机制,并提出减少缺陷的抛光垫微结构设计及修整方案。

关键词：化学机械平坦化粗糙表面两相微流动

电化学机械平坦化抛光垫混合软弹流润滑行为数值研究

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机械工程学报 2012年第7期48卷 180-185页

作者：周平郭东明康仁科金洙吉大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024

电化学机械平坦化(Electrochemical mechanical planarization,ECMP)技术被认为是最具发展潜力的低强度Cu/low-k表面低压力平坦化技术之一,抛光液流动和接触压力的分布是影响ECMP效率和精度的决定性因素。采用混合软弹流润滑模型研究带... 详细信息

电化学机械平坦化(Electrochemical mechanical planarization,ECMP)技术被认为是最具发展潜力的低强度Cu/low-k表面低压力平坦化技术之一,抛光液流动和接触压力的分布是影响ECMP效率和精度的决定性因素。采用混合软弹流润滑模型研究带导电孔ECMP抛光垫表面的流动与接触行为。分析结果表明,对于所研究的抛光垫和晶圆位置关系,尽管宏观平均接触压力为6.895 kPa,但是真正影响Cu/low-k结构完整性的局部接触压力达到了近70 kPa。此外,导电孔的存在并不影响抛光液压力和接触压力的分布趋势,对晶圆的姿态影响也较小。因此,为了提高加ECMP加工效率和面型精度,一方面需要研究导电孔分布方式控制电化学反应速率,另一方面需要改进其他诸如抛光垫和抛光头的设计,提高接触压力的均匀性。所提出的关于ECMP抛光垫混合软弹流润滑行为研究方法和结论对ECMP技术的进一步发展具有指导意义。

关键词：电化学机械平坦化弹流润滑粗糙表面

基于划痕试验的碳纤维/环氧树脂复合材料制孔毛刺与撕裂缺陷形成机制

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复合材料学报 2014年第1期31卷 9-17页

作者：温泉郭东明高航王奔大连理工大学机械工程学院大连116024

碳纤维/环氧树脂(C/EP)复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷,对构件的装配精度影响较大。为了揭示C/EP复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷的形成机制,采用微米划痕试验研究沿不同纤维方向切削加工时材料的破坏去除过程,并用FEI公司Quanta 200环境扫描... 详细信息

碳纤维/环氧树脂(C/EP)复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷,对构件的装配精度影响较大。为了揭示C/EP复合材料制孔毛刺和撕裂缺陷的形成机制,采用微米划痕试验研究沿不同纤维方向切削加工时材料的破坏去除过程,并用FEI公司Quanta 200环境扫描电镜对划切后的沟槽及切屑的形貌进行观察分析。结果表明:当划切方向与纤维方向垂直时,划切力最大,较易产生撕裂缺陷;当划切方向与纤维方向呈30°、45°和60°时,划痕左侧纤维受到压头挤压向左退让并弯曲,产生锯齿形断裂,否则形成毛刺;划痕右侧纤维为避让压头发生较大的弯曲变形,纤维断裂均匀,不容易形成毛刺。理论分析和划痕试验结果表明:制孔加工时,纤维方向与刀具旋转方向成钝角的区域容易产生毛刺缺陷,与刀具旋转方向成锐角的区域边缘光滑,与刀具旋转方向垂直的区域容易形成撕裂缺陷;出口缺陷与试验结果一致。

关键词：碳纤维环氧树脂复合材料划痕试验毛刺撕裂制孔

碳纤维/环氧树脂复合材料制孔损伤综合评价方法

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复合材料学报 2016年第2期33卷 265-272页

作者：温泉郭东明高航赵冬东北大学机械工程与自动化学院沈阳110819 大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116024 大连华锐重工股份有限公司通用减速机厂大连116013

碳纤维/环氧树脂(C/E)复合材料在制孔过程中容易产生毛刺、撕裂和分层等多种加工损伤,对加工损伤进行合理有效的评价是复合材料构件经济性和可靠性的重要保证。针对现有纤维增强复合材料制孔损伤评价方法的单一性和局限性,首先,基于统... 详细信息

碳纤维/环氧树脂(C/E)复合材料在制孔过程中容易产生毛刺、撕裂和分层等多种加工损伤,对加工损伤进行合理有效的评价是复合材料构件经济性和可靠性的重要保证。针对现有纤维增强复合材料制孔损伤评价方法的单一性和局限性,首先,基于统计方法的相对指标法,提出了综合考虑毛刺、撕裂及分层损伤的C/E复合材料制孔损伤综合评价的新方法,建立了损伤因子的数学模型。随后,根据评价指标的关联性,采用刀具磨损试验确定了数学模型中的所有系数,以及判别C/E复合材料制孔质量合格与否的临界损伤因子值。最后,通过超声波探伤对提出的评价方法的准确性进行了验证。结果表明:采用提出的C/E复合材料制孔损伤综合评价方法,能够有效地反映和评价不同加工参数下的制孔质量状况。

关键词：碳纤维/环氧树脂复合材料制孔质量评价损伤评价方法

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铁基作用下的金刚石石墨化研究

机械工程学报 2015年第17期51卷 162-168页

作者：郭晓光翟昌恒金洙吉郭东明大连理工大学精密与特种加工教育部重点试验室大连116023

通过构建含催化剂铁的金刚石仿真模型,进行了金刚石石墨化的三维分子动力学仿真,获得了金刚石在铁基催化剂作用下的石墨化机理。并对化学气相沉积金刚石进行了摩擦化学抛光试验,验证了铁基金属对金刚石石墨化的催化作用。分子动力学仿... 详细信息

通过构建含催化剂铁的金刚石仿真模型,进行了金刚石石墨化的三维分子动力学仿真,获得了金刚石在铁基催化剂作用下的石墨化机理。并对化学气相沉积金刚石进行了摩擦化学抛光试验,验证了铁基金属对金刚石石墨化的催化作用。分子动力学仿真结果表明铁原子的存在会降低金刚石石墨化的转变温度,进一步的微观结构分析可以得出,在催化剂作用下的石墨化机理是:铁原子价电子层中的未配对电子与金刚石原子的电子相互作用,形成了化学键,对金刚石原子产生吸引作用,使其逐渐变为石墨结构。所以铁基催化剂具有催化作用的原因就是铁原子价电子层结构中含有未配对的电子,而且与金刚石原子结构符合对准原则。试验结果验证了仿真结论的正确性。研究结果表明,金属铁的存在会加速金刚石石墨化的过程,利于对金刚石刀具的超精密加工。

关键词：金刚石石墨化催化作用分子动力学

Hastelloy C-276薄板脉冲激光焊接残余应力和变形的数值模拟和实验研究(英文)

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稀有金属材料与工程 2014年第11期43卷 2663-2668页

作者：郭玉泉吴东江马广义郭东明大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024

为了揭示0.5 mm厚度Hastelloy C-276薄板脉冲激光拘束焊接的热力学行为,借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。基于该有限元模型,采用改变夹具拘束条件的方法,进一步... 详细信息

为了揭示0.5 mm厚度Hastelloy C-276薄板脉冲激光拘束焊接的热力学行为,借助ANSYS软件建立了三维有限元模型。实验测量了焊接温度历程和残余变形,验证了所建立有限元模型的可靠性。基于该有限元模型,采用改变夹具拘束条件的方法,进一步研究了拘束距离对Hastelloy C-276薄板焊接瞬态应力和塑性应变、残余应力及变形的影响规律。结果表明,温度历程和残余变形的模拟结果与实验结果吻合较好;拘束距离对瞬态塑性应变的大小有显著影响,进而改变了残余应力及变形的分布和大小。随着夹具拘束距离从20 mm减小到4 mm,除了纵向残余拉伸应力外,横向残余拉伸应力和位移的峰值以及角变形的大小都呈减小的趋势。相对较小的拘束距离可以作为抑制横向残余拉伸应力和角变形的高效低成本方法,但对纵向残余拉伸应力有不利影响。

关键词：脉冲激光焊接残余应力焊接变形夹具拘束数值模拟