热作模具钢在高温热机械应力循环下的疲劳断裂行为

研究了热作模具钢在应力控制下的等温疲劳和同相热机械疲劳寿命 ,发现在相同的应力幅下 ,同相热机械疲劳寿命低于上限温度的等温疲劳寿命。通过研究疲劳过程中的循环应变响应和疲劳断口特征时发现 ,等温疲劳条件下 ,滞后环朝压缩方向发展 ,疲劳裂纹主要为穿晶萌生与扩展 ;在热机械疲劳条件下 ,滞后环朝拉伸方向发展 ,疲劳裂纹主要沿晶萌生与扩展。

长水口热机械应力研究

长水口是实现钢水无氧化浇注的重要元件 ,在使用过程中常常因为热机械应力过大而损坏。运用有限单元法 ,模拟长水口在工作状态下的热应力场 ,研究了热冲击时间、预热温度以及材料的热导率对热应力的影响。计算结果表明 :热冲击时间的长短不影响应力峰值的大小 ;提高预热温度可以降低应力峰值 ;不同的热导率不会改变应力峰值的大小 ,只会改变应力的变化快慢。

狭缝规格对透气砖热机械应力的影响

为延长透气砖的使用寿命,对其热机械应力场进行了模拟分析,确定了狭缝的合理规格.首先根据透气砖工作特点及研究目的,在适当简化结构和边界条件的基础上,建立了二维平面应变有限元模型.然后在保持透气砖规格和狭缝分布形式一定的前提下,研究了狭缝尺寸和数量变化对透气砖热机械应力场的影响.研究结果表明,透气砖的高应力区集中于狭缝端部很小范围,应力变化较大的区域位于狭缝四周.缩短狭缝长度可降低透气砖的整体热机械应力;有限增大狭缝宽度可以降低狭缝端部热应力;增加狭缝数量可以降低其端部热应力,但会造成透气砖其他区域热应力的增大.

狭缝位置对透气砖热机械应力分布的影响

为提高透气砖的使用寿命,对它的热机械应力场进行了模拟分析,以确定狭缝在其截面上的合理位置.首先根据透气砖工作特点和研究目的,在适当简化其结构和边界条件的基础上,建立了它的二维平面应变有限元模型.然后在保持狭缝尺寸一定的前提下(0.20 mm×20mm),研究了其相对位置对透气砖热机械应力场的影响.研究结果表明:1透气砖热机械应力分布不均,高应力区位于狭缝端部及其周围;2狭缝端部与透气砖边缘距离大于5mm时,狭缝径向位置对热应力影响不大,反之应力增加较多;3随着狭缝偏转角度增大,热应力和高应力区域面积迅速增加,狭缝沿径向呈辐射状分布较为合理;4透气砖直径以140mm左右为宜.

集成电路芯片热机械应力特征研究

本文在试验和理论两个方面,系统研究了芯片热机械应力特征。作者利用红外热成像技术研究了芯片内部热机械应力随工作电流的瞬态变化关系,发现芯片热机械应力随工作电流呈对数增长。同时本文利用有限元方法模拟计算了芯片热机械应力在不同电流密度下与总工作电流的关系,从而验证了上述实验结论,并发现随着电流密度增加芯片内部热机械应力上升速率变快。

太阳能光热发电汽轮机转子热机械应力分析及启动优化

分析了太阳能光热发电汽轮机区别于传统火电汽轮机的主要技术特点,采用数值方法研究了某50MW光热发电汽轮机高压、中低压转子冷态启动过程中的热、机械应力的变化及其影响因素。研究表明:与火电汽轮机高压转子较危险不同,光热汽轮机转子最大等效应力、低周疲劳裂纹较易出现在中低压转子,其启动过程中热机械应力是制约光热汽轮机快速启动、频繁启停、变负荷运转的重要因素。并对原启动曲线中不合理、偏保守的地方进行了优化,减少未带负荷的冲转暖机时间,适时升速减少中低速暖机时间,增加低负荷暖机时长。优化方案缩短了24.4%的启动时长,关键部位最大等效热机械应力降低了23.46%,其疲劳寿命总损伤降低为1.83%,较好地满足了光热电站对光热汽轮机转子25年服役寿命周期内250次冷态启动的许用寿命要求。该优化方案较大地提升了机组的经济性及安全性,保障了光热汽轮机频繁快速启动的性能要求。

基于热机械应力分析的钢包透气砖结构仿真计算研究

为了更好的实现炉外精炼工艺,对钢包透气砖的影响因素进行了研究。首先建立了含透气砖的整体钢包模型,分别计算了3种不同座砖结构形式的钢包内衬的温度场、应力场;对计算结果进行对比分析,并考虑包底砌筑难度,确定了较优的座砖结构形式;考虑3种座砖加工工艺及砌砖难度,提出了正六方体座砖为较优的座砖结构形式。

钢包热机械综合应力的仿真研究

钢包是钢铁冶金工业中重要的高温储运设备,为了了解钢包工作时应力分布及组成情况,采用有限元方法对115 t钢包进行了仿真分析。温度场和热机械综合应力分析表明热应力是钢包热机械综合应力的主要组成部分,并且应力大值多出现在包体焊缝处。因此,钢包设计制作过程中,要尽量选用热膨胀系数小的内衬材料,尽可能减小包体刚度梯度,严格控制焊接质量,以保证钢包安全可靠运行。

Ti_(49.8)Ni_(50.2)合金丝材的热机械循环疲劳和相变研究

研究了热处理对Ti49.8Ni50.2合金丝材的相变、力学性能以及热机械循环疲劳的影响。结果表明:随着退火温度的升高,R→B19′相变温度升高,B2→R相变温度降低,873K退火时B2→R和R→B19′相变重合。当退火温度(Ta)低于823K时,试样处于回复阶段,σM随退火温度升高有小幅度下降,723K退火试样在热机械循环中获得最大稳定回复应变,疲劳寿命随退火温度的升高略有提高;退火温度高于823K时,试样发生再结晶,σM剧烈下降,稳定回复应变剧烈降低,而疲劳寿命由103升至104数量级。

45nm芯片铜互连结构低k介质层热应力分析

采用铜互连工艺的先进芯片在封装过程中,铜互连结构中比较脆弱的低介电常数(k)介质层,容易因受到较高的热机械应力而发生失效破坏,出现芯片封装交互作用(CPI)影响问题。采用有限元子模型的方法,整体模型中引入等效层简化微小结构,对45 nm工艺芯片进行三维热应力分析。用该方法研究了芯片在倒装回流焊过程中,聚酰亚胺(PI)开口、铜柱直径、焊料高度和Ni层厚度对芯片Cu/低k互连结构低k介质层应力的影响。分析结果显示,互连结构中间层中低k介质受到的应力较大,易出现失效,与报道的实验结果一致;上述四个因素对芯片低k介质中应力影响程度的排序为:焊料高度>PI开口>铜柱直径>Ni层厚度。

大型发电机多胶模压定子线棒绝缘材料与结构机械性能试验方法分析

本文主要分析了大型发电机定子线棒多胶模压绝缘材料和绝缘结构的机械性能评定标准和方法。对多胶云母带和云母板材的机械性能指标进行简要分析,总结国内外定子线棒绝缘结构机械性能的评定方法。重点论述多胶模压绝缘结构热机械应力和电机械应力试验方法,介绍了多胶模压绝缘结构冷热循环试验、三点弯曲试验、冲击试验、疲劳试验、四点弯曲动态疲劳试验的方法和结果。本文为定子线棒及绝缘材料机械性能评定与优化、机械性能试验标准编制提供了重要的参考依据。

充氢工艺对复合材料储氢气瓶残余应力的影响

温升是复合材料储氢气瓶充氢过程中十分重要的问题,由于温度场的不均匀和材料热膨胀系数的不同,热机械耦合效应必然存在。为了研究复合材料气瓶充氢时的热机械耦合效应,该文提出了流-热-固耦合分析方法。该方法先建立复合材料气瓶充氢过程的computational fluid dynamics(CFD)分析模型,采用该模型分析充氢过程气瓶的温度分布;再建立复合材料气瓶的热-机械耦合分析模型,将CFD模型获得的温度场输入到热机械耦合模型中,并施加位移和载荷边界条件,分析热-机械耦合效应,通过解析解和试验数据验证方法的可靠性和准确性。采用该方法研究充氢速率、充氢口位置和气瓶几何尺寸对温度场、应力场的影响,该文获得的结果将为复合材料储氢气瓶的设计和充氢工艺优化提供技术支持。

水泥预分解窑耐火衬料承受的应力分析

水泥预分解窑熟料煅烧过程中，窑内衬砌的耐火材料承受高温热、热化学、热机械应力，在长期运行过程中，受上述应力作用而损坏。窑内耐火衬体的损坏，不仅会造成耐火材料和砌筑费用的直接经济损失，而且会影响熟料质量、增加燃料消耗，降低熟料产量和窑的运转率，从而对生产造成更大的经济损失。窑内耐火材料的性能、配置、砌筑的好坏，对熟料煅烧起着关键的作用。

MEMS粘片工艺应力抑制技术

粘片工艺过程中产生的热机械应力是微电子机械系统(MEMS)芯片的主要误差源之一。为了降低粘片工艺应力对MEMS芯片的影响,提高MEMS芯片的稳定性,开展了MEMS粘片工艺应力抑制技术的研究。分析了胶体粘片工艺过程,通过解析模型进行应力来源的分析与计算;建立了有限元仿真模型,分析了MEMS芯片粘片过程中热机械应力的主要形成机理与分布情况;进行了相关工艺实验,得出了优化后的工艺方案,采用溢胶的点胶方式和杨氏模量较低的粘片胶是可抑制热机械应力的工艺方案,降低了粘片固化过程中的温度变化对MEMS芯片诱发的残余热机械应力,从而提高了MEMS芯片的稳定性。

有限元法在耐火材料中的应用

耐火材料损坏除了化学侵蚀以外 ,还有热机械应力。前者是指熔体、气体、灰尘对耐火材料的化学侵蚀及冲刷等 ,后者是指由于温度及某些内在的化学反应引起的膨胀及机械负荷在耐火材料内部产生的应力 ,超过其强度极限而导致耐火材料损坏 ,而热机械应力的计算主要用有限元法。

微系统三维(3D)封装技术

文章论述塑料三维(3D)结构微系统封装技术相关问题,描述了把微电机硅膜泵与3D塑料密封垂直多芯片模块封装(MCM-V)相结合的微系统集成化。采用有限元技术分析封装结构中的封装应力,根据有限元设计研究结果,改变芯片载体结构,降低其发生裂纹的危险。计划采用板上芯片和塑料无引线芯片载体的替代低应力和低成本的3D封装技术方案。

高温SiC基电子组件的封装

本文介绍了一种可在500℃下操作的金厚膜金属化电气互连系统和厚膜材料基的导电芯片粘附方案,接着采用非线性有限元分析(FEA)了热机械进行评估和芯片粘附的优化.

某发动机活塞强度与疲劳分析

建立包括活塞、连杆和缸套等构件的有限元模型,较真实地模拟了活塞在工作过程中的受力特征,对活塞等构件进行热机耦合分析,建立了考虑活塞与活塞销、活塞销与衬套、活塞裙部与缸套之间的油膜接触及压力计算模型。此外,发动机整机动力分析还为活塞强度分析提供不同曲柄角下的荷载及加速度信息。实际工程应用表明,该方法实用、可行,计算结果与实测一致,所建立的计算模型能准确反映活塞的真实工作状况,对活塞裙部压力、关键部位应力与疲劳可以进行定量评估,为发动机活塞的优化设计提供基础数据。

压接式GCT封装的热特性分析

电力半导体器件的散热性能和热可靠性与其封装结构密切相关,选择合适的封装结构对改善器件的散热性能和提高热可靠性非常重要。文中根据压接式GCT器件封装结构特点,采用ANSYS软件利用有限元法分析了单芯片封装和多芯片封装结构的温度及热机械应力分布,并与常规的焊接式封装进行了对比。结果表明,压接式封装结构的散热效果比焊接式封装结构稍差,但其芯片上产生的热机械应力明显减小。多芯片封装采用常规的风冷散热器时芯片温度已经超过了器件的安全工作温度(125℃),应该采用热管散热器才能保证器件可靠地工作。

不同压力和温度下电缆用乙丙橡胶绝缘的极化电流研究

为了研究压力和温度对电缆用乙丙橡胶绝缘电导性能的影响,本研究测量了不同电场强度、温度和压力下乙丙橡胶的极化电流,提取极化指数和电导率,分析了乙丙橡胶的性能变化规律。基于准稳态电导电流密度与电场强度的关系,研究了压力和温度对乙丙橡胶导电机制的影响。结果表明:极化指数和电导率与温度呈线性相关性,而与压力呈非线性相关性。这是因为受压力和温度影响,乙丙橡胶的导电机制发生了变化,温度升高可以促进乙丙橡胶中的载流子数目增多。较低的压力限制了乙丙橡胶分子间的运动,较高的压力会破坏分子链,导致电导率升高。