摘要 裂纹的存在会导致结构钢在临界屈服强度以下失效。本文的主要目的是简化和整合应力集中、断裂应力、应力强度因子、裂纹尖端张开位移和 J 积分参数的数学推导,从第一原理开始,并应用于疲劳。本文解释了从理论概念中断裂力学参数的数学推导,包括使用基于应变的方法预测疲劳寿命的替代方法。只有当缺口半径远大于零时,缺口周围的应力集中才会发生,当裂纹尖端半径等于零时,尖锐裂纹处的应力场会显示奇异性。此外,钝化裂纹尖端违反了应力奇异性,而裂纹尖端张开位移和 J 积分参数显示了裂纹延伸超过零裂纹尖端半径的解,因此用于表征具有钝化裂纹尖端的材料应力场。本文强调了使用 J 积分和裂纹尖端张开位移参数而不是应力强度因子来表征疲劳裂纹扩展的好处。本文将主要使核能、航空、石油和天然气行业的工程师和专家受益。
摘要:众所周知,在现代微电子和纳米电子学中,薄膜结构被广泛用作栅极电介质、钝化层、膜等。本文研究了单晶硅晶片上互连脉冲加热过程中氧化硅薄子层中形成裂纹的问题。本文旨在研究表面热冲击源对薄膜裂纹形成的影响,并详细研究了 SO2 薄膜中裂纹形成的各个方面。在硅衬底-氧化硅子层-铝膜 (Si-SiO 2 -Al) 多层结构上对所做的估计进行了实验验证。作为衬底,使用了磷掺杂的硅单晶晶片,取向为 (111) 方向,电阻率在 = 0.1 Ω . сm 范围内。作者研究了表面金属化层加热的硅晶片(Al-Si 系统)和氧化硅晶片(Al-SiO2 系统)的温度场,既有点热源的情况,也有长矩形金属化路径的情况(假设轨道长度明显超过其宽度)。计算结果表明,金属化路径(宽度 75 μm)横向的温度分布是不均匀的。结果还表明,与 SiO2 膜相比,硅中出现的机械应力水平不足以在热冲击源附近形成裂纹。这是因为硅的抗拉强度高于氧化物。
硅基涂层体系中应引起重视的基本研究问题是:(1)研究添加剂(如硼、锗)、水分和氧压对氧化物粘附性和粘度的影响,以便为有效减少和控制密封剂和水垢开裂提供必要的理解和数据;(2)为开发具有最佳热膨胀、应变耐受性和可塑性的双层和玻璃涂层进行裂纹管理,进行必要的分析和建模;(3)研究真实的功能梯度涂层,利用涂层的梯度和/或一系列层来控制裂纹的萌生,特别是裂纹的扩展;(4)在可能的情况下,包括测量、分析和实际建模施加应力对涂层系统的影响;(5)在二氧化硅作为离子导体的较高温度下,电解抑制通过二氧化硅水垢的传输。
1.1 本研究的目的是探索和实验验证复合材料补片在防止裂纹扩展和延长铝钢船舶结构寿命方面的应用。复合材料补片通过降低裂纹尖端区域的应力,起到裂纹抑制器的作用。负载通过粘合层从基板转移到复合材料补片上。此外,复合材料补片的附加约束可以防止这些裂纹合并成更大的裂纹。存在预测复合材料补片配置有效性的分析能力,但此类分析需要特定的理想化和假设,必须通过实验验证才能将这项技术用于实践。我们提出的项目旨在将这项技术开发为铝钢船舶板层断裂修复的有用且可靠的工具,并促进其在工业上的接受和实施。
1 全球工程与材料公司,2 西北大学工程科学与应用数学 本文表达的观点为作者观点,不应被视为官方观点或反映指挥官或美国海军的观点。 摘要 本文概述了我们最近增强的 Abaqus 3D 扩展有限元工具包 (XFA3D),用于评估块载荷下焊接铝结构的疲劳损伤。 为了减轻在焊接引起的残余应力场下任意裂纹的插入和扩展所带来的计算负担,将节点丰富位移场与水平集描述相结合,与混合隐式和显式裂纹表示方法相结合。 实现了简化的残余应力表征,而无需在裂纹扩展的每个步骤中调用两个单独的分析。 采用应力比相关的疲劳损伤累积模型来计算任意多块载荷谱下的疲劳损伤累积。首先对孔板和多孔梁中曲线疲劳裂纹扩展预测的模拟进行能力验证,然后将其应用于三个具有初始缺陷的焊接部件,包括对接焊缝拉伸试样、具有半椭圆表面缺陷的十字形拉伸试样和具有贯穿厚度裂纹的焊接 T 型接头。
摘要:众所周知,在现代微电子和纳米电子学中,薄膜结构被广泛用作栅极电介质、钝化层、膜等。本文研究了单晶硅晶片上互连脉冲加热过程中氧化硅薄子层中形成裂纹的问题。本文旨在研究表面热冲击源对薄膜裂纹形成的影响,并详细研究了 SO2 薄膜中裂纹形成的各个方面。在硅衬底-氧化硅子层-铝膜 (Si-SiO 2 -Al) 多层结构上对所做的估计进行了实验验证。作为衬底,使用了磷掺杂的硅单晶晶片,取向为 (111) 方向,电阻率在 = 0.1 Ω . сm 范围内。作者研究了表面金属化层加热的硅晶片(Al-Si 系统)和氧化硅晶片(Al-SiO2 系统)的温度场,既有点热源的情况,也有长矩形金属化路径的情况(假设轨道长度明显超过其宽度)。计算结果表明,金属化路径(宽度 75 μm)横向的温度分布是不均匀的。结果还表明,与 SiO2 膜相比,硅中出现的机械应力水平不足以在热冲击源附近形成裂纹。这是因为硅的抗拉强度高于氧化物。
从十八世纪开始,断口学就被广泛应用于研究金属材料断裂表面的宏观外观 [1],而从十九世纪末开始,断口学又广泛应用于研究脆性材料,例如陶瓷和玻璃 [2]。然而,模拟技术只适用于固态材料 [3,4]。裂纹发生后的断口形貌信息可用于确定裂纹起始区。本文介绍了在对不合格芯片进行故障分析时获得的一些结果。图 1 所示的结果包括微尺度断口学特征,例如扭曲纹 (th)、速度纹 (vh)、瓦尔纳线 (w)、条纹 (s) 和停止线 (a) [5]。施加在芯片上的驱动力可以是直接的,也可以是间接的。当驱动力直接接触芯片时,它通常与裂纹起始区有关,例如从芯片侧壁分支的裂纹、机械分离晶圆的效应、超声波引线键合的键合焊盘上的凹坑效应或由于芯片放置不当导致的芯片边缘脱落。当驱动力与芯片间接接触时,在树脂去封装之前对封装进行宏观分析对于观察封装上的划痕或压痕等机械特征至关重要。这对于防止对断裂机制的误解至关重要。本文的目的是展示去封装的方法和断口分析的应用,作为理解发光二极管 (LED) 芯片裂纹起源的新视角。如今的 LED 芯片的长宽比至少比硅集成电路 (IC) 小五倍。LED 芯片封装在杯状预制硅胶中以增强光反射,而不是使用带有平底 IC 的深色环氧树脂封装剂。用于分析硅 IC 芯片裂纹的无损技术是 X 射线显微镜和扫描声学显微镜 (SAM) [6,7]。LED 的小长宽比对 X 射线显微镜处理和寻找裂纹线是一个挑战,我们最不希望丢失客户退货样品。SAM 正在传输和检测反射声波;这在平面 IC 封装中效果很好
摘要。本文介绍了一种简单有效的方法来识别和量化直齿轮齿根裂纹的存在。在本文的第一部分中,通过基于 SolidWorks 的有限元模拟对该问题进行了数值分析。计算出的齿面弯曲刚度和固有频率随着裂纹长度的增加而显着降低,而变形则呈现相反的趋势。通过为此目的开发的方便而简单的试验台对数值结果进行了实验验证。从模态分析测试中获得的实验结果证实了先前获得的数值结果。这些参数在极坐标图上的图形表示显示了同心圆,从一个齿到另一个齿没有特殊的符号。然而,当齿根附近存在裂纹时,这些圆形图案在有缺陷的齿附近会变形,这提供了一种快速简便的目视检查来检测裂纹并量化其程度。
在线性和非线性工程材料中 [ 1 , 2 ]。例如,在复合材料中,弥散损伤之后是损伤局部化和裂纹形成,最终导致断裂。在准脆性材料或受到循环载荷的金属中,裂纹形成和扩展在损伤开始后迅速发生。初始或诱导各向异性在材料损伤中普遍存在,对建模和模拟提出了挑战,正如许多现有的各向异性损伤复杂公式所示 [ 3 ]。相比之下,文献中很少发现连续损伤方法对金属单晶的应用,这可能是由于特定的各向异性变形和损伤机制。[ 4 ] 解决了单晶镍基高温合金的蠕变损伤,而 [ 5 ] 中的作者提出了一个与晶体粘塑性耦合的各向异性损伤模型框架。[ 6 ] 使用粘结区模型模拟单晶裂纹沿预定义路径扩展
使用固态霍尔传感器阵列对小口径管道系统中的涡流进行实时可视化的回顾 J. Lee、C. S. Angani、J. Kim、M. Le,朝鲜大学,韩国 Hwa Sik Do,韩国电力公司,韩国 摘要 小口径管道系统是核电站 (NPP) 热交换器的重要组成部分,例如蒸汽发生器 (SG),其中的压力和温度非常高。这些条件会促使裂纹的产生和快速扩展,从而降低管道质量并威胁系统的完整性。几十年来,人们开发和改进了不同的 NDE 系统和探头,以应用于 SG 评估,例如用于实时检查裂纹的线轴探头、电动旋转饼线圈、X 探头和磁性摄像机。磁相机由固态磁场传感器阵列组成。根据传感器阵列的排列方式,开发了不同类型的传感器阵列,并对其进行了分类,以用于不同的应用,例如线性集成霍尔传感器阵列 (LIHaS)、区域型集成霍尔传感器阵列 (AIHaS)、线轴型集成霍尔传感器阵列 (BIHaS) 和圆柱型集成霍尔传感器阵列 (CIHaS)。本研究回顾了用于评估 SG 缺陷的线轴型磁相机的开发。使用霍尔传感器阵列可以提供具有高空间分辨率的大面积检查。传感器的高空间分辨率优势使得裂纹评估变得简单可靠。所提出的磁传感器阵列用于检测小口径管道的内径 (ID)、外径 (OD) 和周向应力腐蚀裂纹。准备了两种样品,铜和钛合金,以验证磁相机的有效性。成功检测到由于应力腐蚀裂纹引起的扭曲磁场图像并估计了裂纹体积。结果表明,该技术可以成为核电站中 SG 的无损检测的潜在工具。简介 管道结构在大型工业结构中起着关键作用,例如发电厂、石化厂、石油炼油厂和天然气加工厂 [1]。例如,用作核电站热交换器的小口径管道系统。SG 是核电站最关键的部件,它们在高温和高压等极其恶劣的条件下运行,这些条件往往会加速流动腐蚀 (FAC)、应力腐蚀开裂 (SCC) [2]。小由此可能引发裂纹,并可能导致灾难性故障或工厂紧急停机。因此,为了确定结构的可靠性和经济可行性,NDT 是检测和评估结构损坏程度的有效技术。因此,快速准确地检查管道中的裂纹或缺陷对于防止故障非常必要。SG 通常采用奥氏体镍铬基高温合金和非铁磁性钛合金制造。通常,核电站安装 2 至 4 套 SG 管,每套由 3,000 至 16,000 根管组成,SG 直径约为 20 毫米,长度约为 21 米 [3, 4]。几十年来,涡流检测 (ECT) 已可靠地应用于无损检测领域,线轴探头已成为 SG 和热交换器管道常规检查的行业标准 [5, 6]。线轴探头非常可靠,可用于量化体积缺陷,例如微动磨损和点蚀,相反,它们不适合检测周向裂纹 [7]。此外,ECT 需要很高的检查技能来分析和评估数据 [8, 9]。