Micro thermal shear stress sensor based on vacuum anodic bonding and bulk-micromachining

This paper describes a micro thermal shear stress sensor with a cavity underneath, based on vacuum anodic bonding and bulk micromachined technology. A Ti/Pt alloy strip, 2μm×100μm, is deposited on the top of a thin silicon nitride diaphragm and functioned as the thermal sensor element. By using vacuum anodic bonding and bulk-si anisotropic wet etching process instead of the sacrificial-layer technique, a cavity, functioned as the adiabatic vacuum chamber, 200μm×200μm×400μm, is placed between the silicon nitride diaphragm and glass （Corning 7740）. This method totally avoid adhesion problem which is a major issue of the sacrificial-layer technique.

锚杆岩体界面载荷传递规律及锚固长度设计

为揭示巷道围岩锚固界面脱粘失效机理,量化锚杆支护设计参数,采用三线性粘结滑移模型进行理论分析,对轴向载荷作用下锚固脱粘失效全过程中,锚固段界面剪应力、锚杆轴力分布演化规律以及界面极限锚固力进行研究,根据锚固段长度不同,得到两种界面剪应力分布演化类型。研究结果表明:当锚固长度较短时,界面剪应力存在全长软化阶段;当锚固长度较长时,界面剪应力存在弹性-软化-滑移三段共存阶段。锚固粘结界面弹性段、软化段、摩擦段内的剪应力分别呈现双曲余弦函数衰减分布、余弦函数上升分布、均匀分布规律,锚杆轴力随界面剪应力分布演化呈现多种形态的衰减分布规律。根据锚固界面模型解析计算获得极限锚固力,当不考虑脱粘摩擦力时,极限锚固力随锚固长度的增加趋近于某一固定值;当考虑脱粘摩擦力时,增加锚固长度能够持续提高锚固界面安全系数。研究成果可为锚固机制分析、锚杆支护参数设计提供理论参考。

玻璃纤维片材加固混凝土梁的抗弯性能研究

通过 5根玻璃纤维 (GFRP)片材加固混凝土梁和一个对比梁的抗弯性能试验研究 ,分析了GFRP加固梁的抗弯性能和锚固机理。试验结果表明 ,粘贴GFRP片材可以有效地提高梁的抗弯承载力 ,片材锚固区由于应力集中可能发生锚固粘结破坏 ,锚固区采用U形箍可以有效地防止锚固破坏。根据试验分析 ,提出了梁抗弯承载力计算方法 ,弹性阶段锚固区片材拉力计算公式和最大锚固剪应力、最大剥离正应力计算公式 ,计算结果和试验数据吻合较好。

CFRP布加固木梁界面粘结应力的试验研究和理论分析

为了研究CFRP布加固木梁的界面粘结应力,对6根CFRP布加固的木梁进行了静力试验,得到了碳纤维布端部的应变分布。由相邻两测点的应变计算出了CFRP布与木材的平均界面粘结剪应力。忽略碳纤维布和木梁的剪切变形,推导了在任意荷载作用下两者之间的界面粘结剪应力和粘结正应力的计算公式,并根据边界条件给出了在两点对称集中荷载作用下公式中的系数,应用该公式计算了试验梁碳纤维布端部的界面粘结剪应力和正应力,结果表明粘结剪应力的计算值与试验值吻合较好,说明该公式是可行的。

光纤布拉格光栅传感器应变传递耦合机理分析

建立了半平面体与光纤布拉格光栅传感器双向耦合的应变传递理论,得到表面粘贴式光纤布拉格光栅传感器测量应变与半平面体应变之间的关系.将理论解、有限元解和实验数据进行对比以验证该理论的正确性,并分析了应变传递率与半平面体弹性模量、半粘结长度的关系.结果表明:理论解与实验值非常接近,误差在4%以内,应变传递率随着半平面体弹性模量的增大、半粘结长度的增长而逐渐增大,对光纤布拉格光栅传感器的设计和应用具有一定的参考价值.

混凝土表层嵌贴CFRP板条的黏结承载力

采用表层开槽、嵌贴纤维增强复合材料这一结构加固新技术,对11个跨度为2.6m的T形截面加固梁进行了梁式拉拔黏结试验,研究了混凝土表层嵌贴碳纤维增强复合材料(CFRP)板条的黏结承载力,试验中考察了碳纤维增强复合材料板条的嵌贴长度和黏结剂厚度2个重要参数。基于试验所得的黏结剪应力-滑移曲线和假定的破坏准则,导出了混凝土表层嵌贴碳纤维增强复合材料板条的黏结承载力计算公式.比较研究表明,提出的黏结承载力理论公式,计算简便,结果安全,可供实际工程加固设计参考采用.

粘贴片材加固混凝土梁的粘结剪应力分析

在受拉区表面粘贴加强片是加固混凝土梁的一种有效方法。本文在弹性理论的基础上，推导了受任意线性分布荷载作用下的混凝土梁采用粘贴加强片加固时，加强片端部粘结剪应力和最大粘结剪应力的计算公式。本文方法和有限元方法基本吻合。结果表明，最大锚固剪应力不但和粘胶层厚度、弹性模量有关，还和加强片厚度、弹性模量及长度有关。采用本文方法可以对加强片端部最大锚固剪应力进行验算，防止混凝土梁出现局部受拉破坏。本文研究结果将为进一步完善我国有关规范提供重要的参考资料。

GFR-高强混凝土界面黏结-滑移关系研究

通过试验,考虑多种影响因素,研究GFRP高-强混凝土界面的黏结性能。利用粘贴在每个单剪试件上的应变片获得GFRP轴向应变,又通过计算得到局部的黏结应力和滑移值,利用这些数据考察黏结应力的分布、发展情况和有效黏结长度,进而分析界面的局部特性,提出GFRP高-强混凝土下的黏结-滑移本构模型。经研究分析得知,陈-滕公式的预测值与有效黏结长度的试验值符合较好;从以往的研究中可知,极限黏结应力主要与混凝土的强度有关,本文则得出在高强混凝土情况下,外贴板的刚度(弹性模量×厚度)和宽度比(bp/bc)对它的影响更大;GFRP-高强混凝土界面的黏结滑移模型不同于普通混凝土强度下的许多模型,其下降段使用直线型较好,因此建立了以Popovics模型预测上升段,以直线预测下降段的非线性模型,能够正确反映其受剪变形行为。

压力型锚杆锚固段的应力分布规律研究

根据Kelvin解,推导了压力型锚杆锚固段的弹性黏结应力和正应力分布方程。在推导过程中,考虑了三向应力状态对锚固段黏结应力的提高作用。经过与现场试验实测数据的对比分析,验证了理论计算公式的可靠性。采用软质岩体条件下的参数,对锚固段应力分布进行了计算,总结了岩石条件下锚固段应力分布特点,并分析了各种岩土参数变化对锚固段应力分布的影响,为压力型锚杆的进一步理论研究和工程实践提供了基础。

晶片键合界面应力分布的理论分析

根据双金属带的热应力分布理论 ,推导了晶片键合以及薄膜键合的界面应力分布公式 .对影响晶片键合的剪切应力。

SiC纤维／LCMAS微晶玻璃基复合材料的界面结合和力学性能

本工作通过在母体玻璃中引入ＭｇＯ后进行热处理得到一系列具有不同热膨胀系数的微晶玻璃．ＳｉＣ纤维／ＬＣＭＡＳ微晶玻璃基复合材料在烧结条件下，在纤维和基体间形成一厚度约为２μｍ的界面层．纤维、基体间的界面剪切应力通过单根纤维压出法测试，发现纤维、基体间的界面剪切强度对复合材料的力学性能有严重的影响，并且ＳｉＣ纤维／ＬＣＭＡＳ系微晶玻璃基复合材料具有较高的界面剪切强度，通过降低基体的热膨胀系数减弱界面剪切强度，可使复合材料的强度和断裂韧性都得到明显的改善．

AFRP加固钢筋混凝土梁的界面粘结剪应力

分析了粘贴芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁纤维与混凝土间剥离破坏的机理和导致这种破坏的主要原因,并且通过芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁的静载试验结果,拟合出了纤维应变的分布曲线,找出了芳纶纤维布与钢筋混凝土梁之间的界面粘结剪应力的分布规律及影响界面粘结剪应力大小的因素,提出了避免剥离破坏的有效措施,可供实际工程参考.

FRP增强胶合木梁的粘结剪应力分析

基于线弹性理论推导出了几种常见荷载作用下构件的界面粘结剪应力的计算公式,并与有限元方法进行了对比,结果表明两种方法计算结果吻合较好.研究发现最大粘结剪应力的主要影响因素有:FRP与胶合木间的弹性模量比值、FRP的配筋率、受拉面层单板的相对高度以及粘结界面的胶层厚度等,因此在设计此类结构构件时应适当选取这些参数.计算理论具有较好的精度,可用于FRP增强胶合木梁的设计计算与粘结剪应力分析.

贴片加固混凝土梁界面粘结剪应力的分析与计算

以弹性理论为基础,根据贴片加固混凝土梁的截面变形协调条件和静力平衡条件,推导出了任意线性荷载作用下贴片加固梁的界面粘结剪应力及片材端部界面最大粘结剪应力的计算公式,并给出了均布荷载和集中荷载2种情况下的具体表达式。研究结果表明:由于表达式考虑了混凝土梁、粘结胶层和加固片材性能对界面粘结剪应力的影响,因而具有更高的计算精度;采用这些公式可以对不同荷载作用、不同粘结长度和宽度及不同梁截面形式的贴片加固梁片材端部界面最大粘结剪应力进行验算,以防止加固梁片材端部出现界面剥离破坏。

折曲胶接接头应力分布的数值分析

运用有限元法研究了偏轴、同轴和折曲型等三种单搭接胶接接头的工作应力分布规律。结果表明:与其他两种接头相比,折曲型单搭接胶接接头可有效降低搭接区端部的剥离应力和剪切应力峰值;在数值分析所用参数及条件下,I型折曲接头的剥离应力降幅超过了75%,其他峰值应力的降幅也超过了45%～50%,并且应力分布趋于均匀;I型折曲接头使出现应力峰值的位置从搭接区的端部转移至中部,从而显著提高了接头的承载能力,是一种优于普通同轴接头的胶接接头形式;对于受剪切载荷作用的接头而言,采用II型折曲接头更为合理,可进一步提高接头承受剪切载荷的能力。

微米尺度下键合强度的评价方法和测试结构

在MEMS器件的设计与加工过程中,键合技术是体硅工艺的一项关键技术。由于MEMS器件的特点,其键合的面积通常是在微米到毫米量级内,传统测试键合强度的方法不再适用,该尺度下键合强度的测试与评价成为MEMS工艺测试的难点之一。文章提出了一种新型的测试结构,对面积为微米量级下键合的最大抗扭强度进行了测试。实验设计一系列的单晶硅悬臂梁结构测试键合面积在微米量级时的最大剪切力,键合面为常用的正方形,其边长从6μm到120μm,计算得出的剪力与采用实体单元有限元分析结果计算出的作用力相对误差为4.9%,这一误差在工程中是可以接受的。实验得出最大剪切扭矩和相应的键合面积的曲线。MEMS器件的设计人员可以根据结论曲线,针对所需的抗扭强度设计相应的键合面积。

粘贴片材加固混凝土梁的锚固端应力参数分析

在粘贴片材加固的混凝土梁的锚固端应力计算公式的基础上 ,对集中荷载和均布荷载作用下的梁进行参数分析。计算结果表明 ,最大锚固剪应力和最大剥离正应力主要和加强片厚度、弹性模量、长度以及粘胶层的厚度与弹性模量有关。

基于残余剪切强度的全长黏结锚杆拉拔模拟

采用数值模拟方法,研究了全长黏结锚杆支护的力学传递机制。基于锚杆与锚固剂接触面剪切失效行为,提出了一种考虑接触面残余剪切强度的黏结滑移模型,并将其嵌入到桩单元中。利用锚杆拉拔试验,验证了该黏结滑移模型及对应的数值模拟结果的准确性。基于验证后的数值模拟模型,研究了锚杆与锚固剂接触面残余剪切强度、剪切刚度系数和黏结长度对锚杆支护效果的影响。结果表明,接触面残余剪切强度对锚杆最大支护阻力及残余支护阻力有显著影响,是锚杆支护分析中不可忽略的因素。此外,随接触面剪切刚度系数增加,锚杆最大支护阻力明显增大,但其对锚杆残余支护阻力没有明显影响。

纤维／聚合物基体界面性能的原位表征

建立了复合材料界面强度原位测试系统，研制出界面剪切强度有限元分析软件并探讨了影响界面剪应力分析的因素，提出了改进的微观力学模型；利用该系统，研究了表面经不同改性处理的ＣＦ增强ＰＭＲ—１５聚酰亚胺复合材料界面的微观力学性能，结果表明：有效的表面处理可使ＣＦ／ＰＭＲ—１５界面剪切强度明显提高，并与其宏观性能具有较好的对应趋势。本文还初步探讨了界面破坏的过程。

Au/Sn共晶键合技术在MEMS封装中的应用

研究了Au/Sn共晶圆片键合技术在MEMS气密性封装中的应用。设计了共晶键合多层材料的结构和密封环图形,盖帽层采用Ti/Ni/Au/Sn/Au结构,器件层采用Ti/Ni/Au结构,盖帽层腔体尺寸为4.5 mm×4.5 mm×20μm,Au/Sn环的宽度为700μm,优化了键合工艺,对影响气密性的因素(如组分配比、键合前处理和键合温度等)进行了分析。两层硅片在氮气气氛中靠静态的压力实现紧密接触。在峰值温度为300℃、持续时间为2 min的条件下实现了良好的键合效果,其剪切力平均值达到16.663 kg,漏率小于2×10-3 Pa·cm3/s,满足检验标准(GJB548A)的要求,验证了Au/Sn共晶键合技术在MEMS气密封装中的适用性。