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不同氧化程度锆合金失水事故降温过程应力场演变研究

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稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 937-946页

作者：胡丽娟陈曦冉李晓健张鸿林王子璇姚美意谢耀平上海大学材料研究所上海200072

为了研究不同氧化程度的锆合金在失水事故过程应力场的演变规律,以失水事故后三层结构的Zr-4包壳为研究对象,将α-Zr(O)体积分数代表不同氧化程度的锆合金包壳,建立3种不同氧化结构的锆合金模型并进行1200~800℃再到室温的两步冷却有限... 详细信息

为了研究不同氧化程度的锆合金在失水事故过程应力场的演变规律,以失水事故后三层结构的Zr-4包壳为研究对象,将α-Zr(O)体积分数代表不同氧化程度的锆合金包壳,建立3种不同氧化结构的锆合金模型并进行1200~800℃再到室温的两步冷却有限元模拟。计算结果表明:氧化膜内的应力为压应力,且氧化膜应力随温度降低的变化梯度最大,导致α-Zr(O)层与基体的交界处产生较大的残余应力;基体组织体积占比越大的模型降温后内部残余应力越小;低氧化程度模型中α-Zr(O)层在降温末期应力基本不变,但在氧化程度较高时有明显的应力集中现象,高氧化程度模型在降温时会产生较大的压应变,并导致基体产生较大变形。对降温过程不同氧化程度模型的各组织进行了相应的本构分析,发现淬火初期各层组织的应力先降低后增加,基体靠近α-Zr(O)层边缘组织与心部组织力学性质存在差异,氧化程度较高的模型,同样应变下基体心部组织压应力高于边缘组织。

关键词：有限元锆合金氧化程度应力演变耐腐蚀性能

钛合金薄壁件选区激光熔化应力演变的数值模拟

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金属学报 2020年第3期56卷 374-384页

作者：柯林达殷杰朱海红彭刚勇孙京丽陈昌棚王国庆李中权曾晓雁上海航天精密机械研究所上海金属材料近净成形工程技术研究中心上海201600 华中科技大学武汉光电国家研究中心武汉430074 中国运载火箭技术研究院北京100076

建立了选区激光熔化(SLM)热-结构耦合瞬时动态有限元模型,探究了激光扫描速率和铺粉层厚度对SLM成形钛合金薄壁件应力演变的影响。结果表明,在热循环作用下,SLM成形钛合金薄壁件的应力演变呈周期性变化。在热应力循环去应力退火作用下,... 详细信息

建立了选区激光熔化(SLM)热-结构耦合瞬时动态有限元模型,探究了激光扫描速率和铺粉层厚度对SLM成形钛合金薄壁件应力演变的影响。结果表明,在热循环作用下,SLM成形钛合金薄壁件的应力演变呈周期性变化。在热应力循环去应力退火作用下,热应力极大值在加热阶段先增加后减小,最后在冷却阶段趋于稳定并接近残余应力。SLM成形薄壁件最终残余应力小于加热过程中的瞬时应力峰值。随沉积高度的增加,热循环作用减弱,应力极大值下降幅度逐渐减小。经过多次热循环去应力退火作用后,SLM成形薄壁件过程中的热应力极大值下降幅度可达30%以上。

关键词：钛合金薄壁件应力演变选区激光熔化增材制造

基于数值计算的切割焊接连续加工残余应力演变过程

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计算机集成制造系统 2013年第9期19卷 2244-2250页

作者：韦智元刘玉君李瑞纪卓尚大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024 大连理工大学船舶制造国家工程研究中心辽宁大连116024

热切割与焊接在船舶制造中以先后顺序连续作用于构件,形成复杂的工艺耦合残余应力场,给掌握船体结构残余应力分布带来困难。为此,以典型的平板结构切割成形后对接焊工艺过程为对象,基于热弹塑性有限元法,建立该过程的数值计算模型,分析... 详细信息

热切割与焊接在船舶制造中以先后顺序连续作用于构件,形成复杂的工艺耦合残余应力场,给掌握船体结构残余应力分布带来困难。为此,以典型的平板结构切割成形后对接焊工艺过程为对象,基于热弹塑性有限元法,建立该过程的数值计算模型,分析切、焊耦合残余应力的分布规律与演变过程。结果表明,在切焊连续加工中,沿焊缝边缘存在超过材料屈服点的拉应力区,其宽度大于单独进行切割或焊接工艺时的情况;距焊缝较远位置的应力不仅受其温度升降影响,还要平衡热源周围的压应力,因此率先呈现出渐增的拉应力;初始切割残余应力对最终耦合残余应力的影响取决于温度变化梯度的大小。

关键词：切割焊接连续加工耦合残余应力应力演变数值模拟

C型环试样淬火及深冷处理应力演变的数值研究

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材料热处理学报 2015年第S2期36卷 248-255页

作者：谢尘黎军顽封源许茜吴晓春上海大学材料科学与工程学院上海200072 高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海200072

基于金属-热-力耦合理论,建立了C型环试样淬火和深冷处理的多物理场耦合数值模型,探讨了淬火和深冷处理过程中试样冷却行为和组织转变对其应力演变和分布的影响。研究表明:淬火和深冷处理过程中,由于C型环试样不同部位的冷却行为差异,... 详细信息

基于金属-热-力耦合理论,建立了C型环试样淬火和深冷处理的多物理场耦合数值模型,探讨了淬火和深冷处理过程中试样冷却行为和组织转变对其应力演变和分布的影响。研究表明:淬火和深冷处理过程中,由于C型环试样不同部位的冷却行为差异,导致温度变化和组织转变呈现非同时性。淬火和深冷处理后,试样残留奥氏体的含量分别为15.5%和2%左右,与实验测试结果吻合。在淬火过程中,试样等效应力变化曲线先后出现两个峰值,其中第一个应力峰值是由于试样心表温差引起的热应力所致,第二个应力峰值与试样心表组织转变的非同时性引起的组织应力密切相关;在深冷处理过程,试样心表温差和心表奥氏体体积分数差峰值出现的时间基本保持一致,且比淬火过程小两个数量级,导致试样的等效应力变化相比淬火过程要平缓得多。相比于淬火过程,深冷处理后试样残余应力的分布状态未发生明显改变,但试样的整体应力值有所下降,尤其是在缺口和最大壁厚附近残余应力得到释放。

关键词：深冷处理 C型环应力演变残留奥氏体数值模拟

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陶瓷封装应力演变及高温可靠性研究

中国集成电路 2023年第6期32卷 67-74,85页

作者：黄彦田爽王剑峰王波无锡中微高科电子有限公司中科芯集成电路有限公司

陶瓷封装是常用的气密性封装方法之一,由于其高成本、高服役要求的特点,因此对封装良率和可靠性要求较高。本文针对陶瓷封装中平行缝焊引起的基板损伤问题进行了实验和有限元仿真,明确了用于平行缝焊仿真合适的热源模型;在此基础上,对... 详细信息

陶瓷封装是常用的气密性封装方法之一,由于其高成本、高服役要求的特点,因此对封装良率和可靠性要求较高。本文针对陶瓷封装中平行缝焊引起的基板损伤问题进行了实验和有限元仿真,明确了用于平行缝焊仿真合适的热源模型;在此基础上,对结构在封装和高温服役过程中的应力演变进行了研究。研究结果表明,当平行缝焊热输入较高时,会导致陶瓷基板局部温度过高,而由于局部热失配导致基板主应力激增,进而引起基板开裂。另外,封装后在焊框外侧拐角位置积累的残余应力,是导致结构在后续高温服役过程中早期失效的原因。现通过焊框的几何外形优化,实现了器件在封装和服役时基板应力的降低,提高了封装良率和可靠性。

关键词：陶瓷封装应力演变高温可靠性有限元仿真结构优化

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关于焊接数值模拟的文献

机械制造文摘（焊接分册） 2024年第2期 47-48页

随焊高速气流场辅助高强铝合金薄板焊接应力演变及控制变形机理/周广涛,等.焊接学报,2023,44(2):32-39.摘要:从力学角度出发提出了“随焊高速气流场”柔性控制高强铝合金薄板焊接失稳变形的新方法,研究了该方法控制2A12高强铝合金薄板... 详细信息

随焊高速气流场辅助高强铝合金薄板焊接应力演变及控制变形机理/周广涛,等.焊接学报,2023,44(2):32-39.摘要:从力学角度出发提出了“随焊高速气流场”柔性控制高强铝合金薄板焊接失稳变形的新方法,研究了该方法控制2A12高强铝合金薄板焊接变形的有效可行性,分析了随焊高速气流载荷对薄板应力演变规律的影响,阐明了其控制焊接残余应力及变形机理。基于有限元法分析了温度场及应力场,确定了气动载荷与热源作用距离这一关键因素,并获得了气体压力的合理有效范围。

关键词：高强铝合金焊接失稳变形焊接学报薄板焊接高速气流应力演变铝合金薄板柔性控制

Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点电迁移过程中界面应力演变的研究

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稀有金属材料与工程 2012年第S2期41卷 401-404页

作者：何洪文赵海燕马立民徐广臣郭福清华大学北京100084 北京工业大学北京100124

应用X射线衍射技术原位测量分析了Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点在电流密度为4×103A/cm2的作用下阴极和阳极界面的应力演变。结果表明:焊点阴极和阳极界面的应力演变非常复杂,大致分为4个阶段。第一个阶段,由于金属热膨胀效应促使焊点界面的... 详细信息

应用X射线衍射技术原位测量分析了Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu焊点在电流密度为4×103A/cm2的作用下阴极和阳极界面的应力演变。结果表明:焊点阴极和阳极界面的应力演变非常复杂,大致分为4个阶段。第一个阶段,由于金属热膨胀效应促使焊点界面的压应力开始升高;第二个阶段,应力松弛的影响使得压应力开始降低;第三个阶段,电迁移的作用使得阳极界面压应力增加而阴极界面由压应力向拉应力转变;第四个阶段,阳极处晶须和小丘的形成释放了压应力,阴极处的拉应力继续增加。试样抛光后发现,在焊点阳极界面形成了一层厚度均匀的Cu6Sn5金属间化合物。

关键词：电迁移 X射线衍射应力演变晶须金属间化合物

竹节导线内电迁移引致的应力演变及孔洞在应力梯度场中的运动

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竹节导线内电迁移引致的应力演变及孔洞在应力梯度场中的运动

作者：董旭飞上海交通大学

学位级别：硕士

竹节状薄膜金属导线中由电迁移引致的应力梯度,是降低微电子器件电路可靠性的重要原因之一。本文首先研究竹节导线内晶粒尺寸分布形态对电迁移引致的应力分布的影响。结果表明:稳态时,沿导线的应力分布是线性的,应力梯度只与电场强度有... 详细信息

竹节状薄膜金属导线中由电迁移引致的应力梯度,是降低微电子器件电路可靠性的重要原因之一。本文首先研究竹节导线内晶粒尺寸分布形态对电迁移引致的应力分布的影响。结果表明:稳态时,沿导线的应力分布是线性的,应力梯度只与电场强度有关,不受晶粒尺寸分布和导线端部扩散条件的影响。然而,不均匀的晶粒尺寸分布对拉、压应力分布有重大影响。当晶界集中分布在拉应力区域,最大拉应力值增大,反之则减小。这一研究结果表明,通过把更多的晶粒分布到压应力区（即靠近电场正极方向）可有效地减小导线中最大拉应力,从而减低因电迁移引致的微裂纹和孔洞成核、扩张所引起的电路失效的概率。其次,我们还获得应力梯度场中椭圆孔运动的严密解析解。在应力梯度场中,椭圆孔向高应力区移动,其运动速度与椭圆孔等效面积尺寸成反比,并与椭圆孔的长短轴比、外加应力场的平均应力、应力梯度和应力状态有关。

关键词：电迁移应力演变竹节内导线椭圆孔

冷作模具钢深冷处理组织和应力演变的RVE模型分析

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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上海金属 2021年第3期43卷 101-107页

作者：宁广胜蔡欣陈卓钟巍华黎军顽中国原子能科学研究院反应堆工程技术研究部北京102413 上海大学材料科学与工程学院上海200444

对Cr8Mo2SiV冷作模具钢的微观组织进行定量表征,重构其淬火后的代表体积元(RVE)模型,并对其深冷处理过程进行微观尺度的数值分析,讨论深冷处理过程中微观组织和应力的演变规律。结果表明:深冷处理过程中应力的产生和演变由相变应力主导... 详细信息

对Cr8Mo2SiV冷作模具钢的微观组织进行定量表征,重构其淬火后的代表体积元(RVE)模型,并对其深冷处理过程进行微观尺度的数值分析,讨论深冷处理过程中微观组织和应力的演变规律。结果表明:深冷处理过程中应力的产生和演变由相变应力主导,显微组织界面上的等效应力要明显大于奥氏体或马氏体内的等效应力,最大等效应力发生在奥氏体和马氏体的界面处,约769 MPa;在深冷处理过程中,碳化物界面附近产生了明显的应力集中,促进了残留奥氏体向马氏体的相变;深冷处理前后应力大幅度变化为细小均匀碳化物的沉淀析出提供了所需的驱动力。

关键词：深冷处理 RVE模型应力演变冷作模具钢