基于硅凝胶灌封温循载荷下的键合丝疲劳失效机理仿真分析

针对某型混合集成电路在温度循环试验后出现的硅凝胶灌封区域键合丝疲劳失效,对键合丝的键合强度和疲劳断裂失效进行了试验分析,建立了单根键合丝和硅凝胶局部灌封区域的有限元简化模型,拟合了硅凝胶材料的本构模型参数,基于ANSYS Workbench软件对不同胶体材料参数条件和温循载荷作用下的键合丝应力分布情况进行了热力耦合仿真分析,并基于仿真结果对混合集成电路的硅凝胶灌封工艺进行了优化和加严温度循环试验。仿真和实验结果表明,键合丝第一键合点颈部和第二键合点根部的应力值较大,存在明显的塑性应变,与疲劳断裂失效分析一致;通过减小硅凝胶的热膨胀系数和灌封体积的方式进行工艺优化后,键合丝的应力值显著减小,样品经过温度循环试验后实测良率从167%提升至100%。研究结果对于提高硅凝胶灌封区域中的金丝键合疲劳强度有一定的指导意义。

基于自发漏磁效应的桥梁主缆断丝检测试验研究

为实现大体积桥梁主缆体系的精确断丝无损检测,采用COMSOL有限元软件建立了漏磁仿真模型,基于自发漏磁效应进行了试验研究,并分析了不同断丝宽度和断丝数目的磁场变化规律。通过分析可知,有限元仿真结果与试验结果基本一致,除去背景场后磁通密度信号明显增强,证明了主缆断丝检测方法的有效性和灵敏性;断丝信号峰谷值随着断丝数目的增加而增大,同时信号的波谷间距也随着断丝宽度的增大而增加。基于自发漏磁效应的主缆断丝检测方法可以较好地发现缆索的细微断丝情况,为桥梁主缆体系无损检测提供了参考。

输电塔线体系断线动力响应及杆塔破坏模拟研究

利用ABAQUS软件建立500kV典型输电线路段塔线耦合体系的精细有限元模型,数值模拟覆冰塔线耦合体系断线后的动态响应和杆塔破坏过程。对杆塔引入等效塑性应变破坏准则,当单元的最大等效塑性应变达到许用值时,删除单元以模拟杆塔的破坏。数值模拟结果与按我国电力设计规程以及IEC设计规程的计算结果比较表明:地线断线时用塔线模型和规程计算得到的杆塔应力的差别较导线断线时大,地线和导线断线时杆塔的最大应力均大于两种规程的计算值;杆塔上与地线连接的角担是断线时的薄弱区域。现行电力设计规程中采用静力分析方法对断线产生的冲击动力作用的估计不足。

3D打印钛合金骨小梁多孔结构的拉伸性能

背景:3D打印钛合金多孔结构以其良好的机械性能和生物相容性已经在骨科植入假体设计与临床应用方面得到了快速发展,与涂层假体相比,钛合金骨小梁结构具有骨长入快和骨长入好的优点。为了保证骨科植入物的安全,目前多采用实验方式确定骨小梁结构的拉伸、剪切疲劳和弯曲疲劳强度。目的:通过力学实验和有限元数值模拟方法研究骨小梁多孔结构的力学性能。方法:①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验:设计并制备3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,骨小梁结构的丝径为0.28-0.35mm、孔径为0.71mm、孔隙率为73%。检测钛合金骨小梁结构的拉伸强度,分析其失效机制,同时分析不同打印位置对骨小梁拉伸强度的影响。②数值模拟实验:利用有限元方法建立包括骨小梁理论结构的拉伸试件实体模型,模拟骨小梁试件的拉伸破坏过程。结果与结论:①3D打印钛合金骨小梁拉伸试件的极限载荷分布在39.55-47.11kN之间,等效极限拉伸应力分布在62.79-74.53 MPa之间,拉伸破坏的结果为网状结构断裂,说明钛合金骨小梁具有较高的拉伸强度;②3D打印钛合金骨小梁拉伸试件实验与数值模拟实验均显示,骨小梁试件受到拉伸破坏时的破坏形式为丝径断裂,不会在骨小梁与钛合金实体的结合面发生断裂;③数值模拟实验中骨小梁试件的拉伸破坏载荷低于3D打印钛合金骨小梁拉伸试件,造成该差异的原因主要为:3D打印骨小梁试件的丝径(280-350μm之间)大于骨小梁的理论丝径(142μm),而孔径(孔隙率75%)小于骨小梁的理论孔径(孔隙率96%)。

PCCP断丝电磁检测有限元仿真研究

预应力钢筒混凝土管被广泛应用于水利工程,运行过程中的环境腐蚀或管压操作不当,会导致管内高强钢丝的腐蚀或断裂,进而导致泄漏等事故。目前,普遍采用正交电磁检测技术对PCCP的断丝状态进行评估,本文应用有限元数值计算方法建立了PCCP检测系统全尺寸仿真模型,给出了断丝发生后电磁检测信号的畸变特征,并分析了断丝数量、检测频率等因素对畸变特征的影响,验证了电磁检测法的有效性,以期对PCCP实际工程应用提供参考。

双区域断丝PCCP极限内水压力及破坏模式研究

为研究腐蚀断裂对预应力钢筒混凝土管(PCCP)失效的影响,建立了PCCP双区域断丝三维非线性管-土相互作用有限元模型,得到了不同间距轴向双区域断丝情况下管道的损伤演化、失效模式和极限承载能力。结果表明,断丝区域间距越大,相互影响越小,当间距大于150 cm后,两个区域之间基本没有相互作用,其极限内水压力与单区域断丝的结果差别显著。研究结果可为PCCP实际工程中的双区域断丝损伤评价及承载能力分析提供参考。