III-VI 族材料一直受到广泛关注,部分原因是它们是可用于光伏或光电子应用的宽带隙半导体材料 [1–5] 。三甲基铝 (TMA) 是众所周知的铝源,用于半导体制造以通过原子层沉积 (ALD) 或金属有机化学气相沉积 (MOCVD) 的不同工艺生长薄膜,例如 Al 2 O 3 和氮化铝 (AlN) [6–11] 。Al 2 O 3 薄膜在许多不同的应用中作为绝缘体和钝化层发挥着重要作用,它是通过 ALD 沉积的第一个介电氧化物,尽管该工艺中的前体是 AlCl 3 和水 [12] 。使用 TMA 制备 Al 2 O 3 薄膜的原因是三甲基铝在室温下是一种热稳定的高蒸气压 (8.4 Torr) 液体,并且容易与水反应生成 Al 2 O 3 。氮化铝 (AlN) 的有趣特性包括一系列独特的物理特性,从大带隙 (6.2 eV) 和高电阻率,到低介电损耗和高热导率 [13] 。因此,AlN 薄膜在电子领域具有广泛的应用,例如金属-绝缘体-半导体器件中的绝缘层 [14] ,
1.图 2-1:板-加强筋和 HAZ 的材料曲线 (Rigo et al.2003) ..........................8 2.图 3-1:6061 和 5083 材料中的应力-应变曲线比较.............................................13 3.图 6-1:AL5083 和 AL 6082 的应力-应变关系.............................................49 4.图 6-2:板和加强筋的热影响区 (HAZ) (Paik 2005) .............................50 5.图 6-3:加强板的有限元模型.........................................................................51 6.图 6-4:带HAZ ................................................................................51 7.图 6-5:带 HAZ 的挤压板有限元模型 ..............................................................52 8.图 6-6:应用于有限元模型的边界条件 ................................................................52 9.图 7-1:极限强度比较(FEA 结果) .............................................................................55 10.图 7-2:极限强度比较:综合性能与降低的母材性能 .............................................................................................................61 11.图 7-3:模型 11 的极限强度比较:综合性能与增加的 HAZ 性能(25% 更高的屈服强度) .............................................................................................61 12.图 7-4:强度降低与失效应力除以 HAZ 屈服强度..................62 13.图 7-5:平均失效应力下强度降低与 HAZ/基准切线模量比率.........................................................................................................................62 14.图 7-6:拉伸载荷工况屈服点比较.........................................................................................64 15.图 7-7:屈服点侧压力图.........................................................................................................68 16.图 7-8:侧压力相对于屈服点的百分比差异。组合情况 ...........................68 17.图 7-9:假设的软化区 (Paik 2005) ......................................................................................69 18.图 7-10:带软化区的板-加强筋组合横截面 (Paik 2005) .............................................................................................................................................69 19.图7-11:极限强度比较......................................................................................73
15.补充说明由船舶结构委员会赞助。由其成员机构 16 共同资助。摘要 最近的大型铝高速船已经利用定制挤压件有效地建造大型扁平结构,包括内部甲板、湿甲板和侧壳部件。在本报告中,研究了设计和优化此类挤压件以尽量减少结构重量的一般方法。回顾了铝板和面板在平面内和平面外载荷下的强度方法,并将其与公开文献中发表的可用实验测试数据进行了比较。对于铝板和面板的平面内抗压强度,通常发现良好的一致性。然而,目前用于评估板材部件上的平面外载荷以及在组合载荷下作用的板材和面板的最先进的方法并不那么先进。建议在这些领域开展进一步研究。开发了一种使用遗传算法的多目标优化器;该优化器旨在快速生成帕累托边界,将各种强度水平的最小重量设计联系起来。开发了一种工程方法,用于估计平面内和平面外载荷组合下的任意挤压件的强度,并将其链接到优化器以创建完整的设计方法。该方法用于为三种不同类型的挤压面板(板和加强筋组合、夹层面板和帽形加强面板)开发主车辆甲板和公称高速船上强度甲板位置的面板的帕累托边界。最后,提出了结论和未来研究的建议。总体而言,这三种类型的面板在各种强度范围内都表现良好,但在某些应用中,夹层面板比其他两种面板略重。这种工程强度估计方法和多目标遗传算法优化方法的结合已被证明对于此类挤压件的设计非常实用,在标准台式电脑上,完整帕累托前沿的生成时间仅为几分钟。17.关键词 铝、挤压件、屈曲、极限强度、优化、遗传算法。
15. 补充说明 由船舶结构委员会及其成员机构赞助 16. 摘要 本指南旨在汇集跨机构船舶结构委员会的工作成果以及国际上正在进行的其他铝制船舶结构方面的广泛研究成果,为造船业提供参考,以支持他们了解铝制船舶设计和制造,并有助于开发铝作为建筑材料。SSC 赞助了这个项目,以制定铝制海洋结构设计和制造指南。该指南涉及以下主题领域:材料特性和性能、结构设计、疲劳设计和分析程序、用于铝的典型结构细节、铝的焊接和制造、与钢结构的连接、铝结构的残余应力和变形、防火、振动、减轻撞击载荷、铝结构的维护和维修、摩擦搅拌焊接等新兴技术以及研究需求。 17. 关键词 铝结构、海洋结构、铝设计、铝制造
以下比较分析将是船舶结构委员会报告参考文献 A 的比较设计研究的延伸。该报告存在错误,参考文献 B 对其进行了更正。原始研究仅涉及铝制底部和侧面结构。给出了船体中部船体梁剖面模量、LCG 和船体上其他几个点的板厚、加强筋和横框架剖面模量的要求。在本比较研究中,这些要求将扩展为在钢结构中提供相同的要求,并将选择结构构件来比较底部和侧板的重量。由于原始研究中未提供足够的信息,因此不会确定甲板尺寸,也不会确定船体梁剖面模量,以确定局部要求或船体梁要求是否决定实际剖面模量。
以下比较分析将是船舶结构委员会报告参考文献 A 的比较设计研究的延伸。该报告存在错误,参考文献 B 对其进行了更正。原始研究仅涉及铝制底部和侧面结构。给出了船体中部船体梁剖面模量、LCG 和船体上其他几个点的板厚、加强筋和横框架剖面模量的要求。在本比较研究中,这些要求将扩展为在钢结构中提供相同的要求,并将选择结构构件来比较底部和侧板的重量。由于原始研究中未提供足够的信息,因此不会确定甲板尺寸,也不会确定船体梁剖面模量,以确定局部要求或船体梁要求是否决定实际剖面模量。
以下比较分析将是船舶结构委员会报告参考文献 A 的比较设计研究的延伸。该报告存在错误,参考文献 B 对其进行了更正。原始研究仅涉及铝制底部和侧面结构。给出了船体中部船体梁剖面模量、LCG 和船体上其他几个点的板厚、加强筋和横框架剖面模量的要求。在本比较研究中,这些要求将扩展为在钢结构中提供相同的要求,并将选择结构构件来比较底部和侧板的重量。由于原始研究中未提供足够的信息,因此不会确定甲板尺寸,也不会确定船体梁剖面模量,以确定局部要求或船体梁要求是否决定实际剖面模量。
以下比较分析将是船舶结构委员会报告参考文献 A 的比较设计研究的延伸。该报告存在错误,参考文献 B 对其进行了更正。原始研究仅涉及铝制底部和侧面结构。给出了船体中部船体梁剖面模量、LCG 和船体上其他几个点的板厚、加强筋和横框架剖面模量的要求。在本比较研究中,这些要求将扩展为在钢结构中提供相同的要求,并将选择结构构件来比较底部和侧板的重量。由于原始研究中未提供足够的信息,因此不会确定甲板尺寸,也不会确定船体梁剖面模量,以确定局部要求或船体梁要求是否决定实际剖面模量。
船舶结构委员会报告参考文献 A。该报告存在错误,参考文献 B 对其进行了更正。原始研究仅涉及铝制船底和船侧结构。给出了船体中部船体梁剖面模量、LCG 处的板厚、加强筋和横向框架剖面模量以及船体沿线其他几个点的要求。在本次比较研究中,这些要求将扩展以提供钢结构中的相同要求,并将选择结构构件来比较船底和侧板的重量。由于原始研究中未提供足够的信息,因此不会确定甲板尺寸,也不会确定船体梁剖面模量,以确定局部要求或船体梁要求是否决定实际剖面模量。
目录 页码 1.0 化学成分和机械性能 1.1 简介 5 1.2 测试结果 6 2.0 疲劳裂纹扩展速率表征 2.1 简介 7 2.2 测试设备 7 2.3 样品制备 10 2.4 测试程序 11 2.5 测试结果与讨论 12 3.0 非线性断裂韧性表征 3.1 简介 42 3.2 测试设备 42 3.3 样品制备 43 3.4 测试程序 44 3.5 测试结果与讨论 44 表格列表 表 1.2.1 化学分析摘要 5 表 1.2.2 机械性能摘要 6 表 2.5.1 使用恢复力模型估计 K 残余 15 表 2.5.2 疲劳裂纹扩展测试条件和结果摘要 16 表 3.5.1 断裂韧性测试条件和结果摘要45 附图列表 图 2.2.1 试验设备和试验装置的照片(实验室空气环境) 8 图 2.2.2 试验设备和试验装置的照片(海水环境) 9 图 2.3.1 疲劳裂纹扩展速率试验的 C(T) 样品图 10 图 2.5.1 FCGR 响应比较实验室空气中 5083-H321 合金的重复试验结果。18 图 2.5.2 FCGR 响应比较实验室空气中 5086-H116 合金的重复试验结果。19 图 2.5.3 FCGR 响应比较实验室空气中 5383-H116 合金的重复试验结果。20 图 2.5.4 FCGR 响应比较海水中 5083-H321 合金的重复试验结果。21 图 2.5.5 FCGR 响应比较 5086-H116 合金在海水中的重复测试结果。22 图 2.5.6 FCGR 响应比较 5383-H116 合金在海水中的重复测试结果。23