微压痕试验中尺寸效应的理论与实验研究

微压痕试验中尺寸效应的理论与实验研究

一、Theoretical and experimental researches of size effect in micro-indentation test(论文文献综述)

黄兆岭[1](2020)在《柔性金属纳米结构执行器制造关键技术及其应用研究》文中研究表明柔性电子器件主要以柔性材料为基底薄膜层,结合微纳米集成制造工艺设计制造具有传感,数据存储以及能源转化等多种功能的元器件,在航空航天、生物医疗、信息传感等领域有广阔的应用前景。基于MEMS微执行器件的医疗器械发展日新月异,作为柔性医疗器械的关键元件,微电极阵列执行器件受到了广泛的关注。微电极阵列(MEAs)作为执行器关键元件,可对神经或肌肉进行电刺激,记录来自神经细胞的动作电位,从而实现在活细胞组织和电子设备间的传导。然而,常规微电极器件存在高电阻抗,低粘附以及生物相容性差等缺陷,导致其在医学检测、生物传感、微机器人等应用中遇到了诸多困难。其中最主要的是电极在植入体内电阻抗过大,导致刺激和记录过程中需要施加大电流,这种现状不仅将严重损伤接触位置皮肤和组织,而且还将极大的降低其金属和高分子层之间的粘附力,导致微电极器件快速失效。另外由于高分子柔性材料与金属涂层之间的杨氏模量不匹配问题,导致柔性电极在长期植入过程中金属层涂层很容易脱落。因此,为了开发出具有粘附力高,阻抗低的柔性电极器件,针对制造过程中的关键技术工艺进行改进具有重要的科学意义和应用价值。本论文通过反应离子干法刻蚀以及软光刻中的微接触印刷方法研究如何通过新的工艺方法加工制备具有不同纳米结构的微电极执行器,使其具有低阻抗性能,高粘附性能以及优良的拉伸扭转性能。本文基于神经刺激/记录中重要的执行电子器件柔性微电极阵列为主要研究对象,重点关注具有纳米结构的柔性电极执行器件制造领域的关键技术。主要目的是通过不同的制造工艺步骤提高具有金属导电层的电极阵列电学性能和机械性能。特别是,高分子柔性材料与金属涂层之间的粘附力以及导电金属层与生物体界面的阻抗性能。基于粘附性力学理论基础,分析金属层在柔性金属基底薄膜表面的分子作用力。主要通过建立柔性高分子材料与导电金属层之间纳米压痕测试模型以及纳米划痕测试模型来表达其表面金属层弹性模量,进一步分析薄膜硬度和摩擦系数以及压痕深度变化。同时,使用COMSOL Multiphysics有限元仿真方法在视网膜模型中进一步研究柔性电极的触点大小与产生的热量关系,为柔性电极的参数设计提供一定的参考。基于MEMS工艺制造方法,探索柔性金属电极执行器加工制造工艺过程,制备了10通道和126通道的神经刺激/记录柔性电极器件。而且对MEMS工艺过程中的反应离子刻蚀(干法刻蚀)的参数进行优化,使用刻蚀之后得到的凹凸纳米结构模型提高了金属层与高分子柔性基底的粘附力。为了更进一步优化电极触点的电学性能,通过在电极触点电镀不同3D纳米形貌的结构进一步减小了涂层表面的阻抗,提高了柔性电极涂层界面的电荷存储容量以及接触表面积。通过对薄膜的纳米压痕以及纳米划痕形貌分析,金属层在经历第一阶段至第三阶段的纳米划痕薄膜破坏过程中,柔性基底上的凹凸纳米结构可以在一定程度上降低了薄膜的内聚力破坏。采用微接触印刷(μCP)工艺技术,以聚多巴胺(PDA)仿生涂层为中间缓冲层,铂纳米线(PtNW)为导电金属层,制造了一种新型的可植入式柔性电极执行器件。通过微接触印刷压力的大小,研究了微印刷工艺制造的薄膜厚度以及成型制造之后表界面阻抗性质。基于仿生粘附PDA薄膜材料,在分子水平上改善了基底层与金属层杨氏模量不匹配的问题,并使用机械疲劳寿命测试方法(包括超声波浴实验,扭转疲劳实验)研究其粘附性性能的改善。使用体外测试方法,测试了PI-PDA/PtNW柔性电极器件的电学性能及其与PI-Ti/Pt柔性电极的性能对比。通过使用nano-TiO2颗粒加速PDA仿生薄膜涂层的沉积,这种加工方案为其表面电子在光照下发生电子转移的特性以及对铂金属纳米结构涂层的加速沉积机理有重要的研究价值,进而通过这种工艺得到了柔性金属涂层电极执行器的快速制造的工艺。通过添加nano-TiO2半导体材料到PDA涂层薄膜的内部和表面,解决PDA仿生涂层材料和铂纳米线的原位生长时间过长的不足,缩短柔性电极器件的制造时间。基于光照条件下纳米TiO2表面电子-空穴分离现象,研究其稳定状态下极化电流性质与紫外光照强度的线性关系。将所制备的柔性电极植入大鼠脑部和视网膜内部分析其检测效果,并与当前商业电极的植入性能作对比。主要从动物实验平台的系统搭建,动物手术实验以及信号采集、处理等几个方面进行分析,同时处理和比较三种不同种类的电极信号。通过比较不同刺激阈值下的电极记录神经信号动作电位波形,研究比较柔性PDA/PtNW微电极的体内刺激信号相对Ti/Pt微电极的信噪比以及检测神经信号动作电位的密集度。综上所述,本文首先通过磁控溅射、干法刻蚀、湿法刻蚀等系列工艺方法开发了一种柔性神经电极器件的制造工艺,并通过优化反应离子刻蚀工艺参数,得到了一种凹凸纳米结构增强金属层与高分子层的一个完整的工艺参数。通过控制甲酸溶液的浓度以及电镀电位的大小得到了一种3D垒晶状纳米密集结构,这种结构可以将相对粗糙度(RMS)提高到116.5 nm,阻抗降低到0.824 kΩ。使用软光刻工艺制造方法和聚多巴胺粘附性仿生材料在分子领域改善了高分子材料与金属层之间的杨氏模量不匹配问题。进一步通过微接触印刷工艺降低了制造成本的,使用化学自组装工艺方法原位生长铂纳米线导电金属层,获得具有较大比表面积的涂层。通过紫外光照下纳米二氧化钛的电子转移效应,快速氧化PDA仿生涂层合成以及铂金属导电金属涂层的还原,将制造时间整体缩短至原来的十六分之一。通过搭建动物实验平台,参照当前应用广泛的商业铂铱合金电极,测试了电极在动物神经记录和刺激过程中表现的性能。本研究对未来柔性电极执行器件的制造的关键技术工艺突破具有重要的科学意义和应用价值。

李泽瑞[2](2020)在《隧道入口段减压通道对车隧气动效应影响特性研究》文中研究指明随着我国东部地区高速铁路网络建设的完善,国家开始大力建设中西部地区高铁线路。我国中西部地区地形复杂,高山峡谷众多,路线多以桥隧段为主。为了解决存在桥隧相连段的车隧气动效应问题,本文提出了通过在隧道洞口浅埋地段来修建减压通道以缓解列车进入隧道产生的空气动力学效应的措施并展开研究。采用理论分析、动模型试验以及数值模拟相结合的方法,对设置有减压通道后的车隧气动效应规律进行了研究。基于FLUENT计算软件,针对减压通道自身的特性,建立各种模型工况,从减压通道的长度、面积、位置和数量分别研究了其对于车隧气动效应缓解效果的影响。此外,本文还研究了列车在不同速度等级下以及列车在隧道内不同位置交会时对于减压通道泄压作用的影响。主要研究内容及结论如下:(1)建立了三维粘性可压缩不等熵非定常流数值计算模型,并将数值模拟计算结果和动模型试验结果相互比较验证,得到的测点压力值基本一致,从而说明了研究方法的准确性。(2)通过对减压通道泄压原理的研究,发现减压通道能够起到分流作用,从而明显降低隧道洞口段的压力值;并且使得压缩波的压力上升被分为几个阶段,减缓了隧道内压力上升的趋势,从而降低了隧道中后段的压力梯度值以及隧道出口微压波的大小。(3)通过对减压通道自身特性对泄压效果影响的研究,在本文的计算工况中,减压通道长度为10m(长度小),距洞口40m(距洞口远),面积为20~25m2,设置数量为2个时,对于车隧气动效应的缓解效果最好。(4)通过对列车速度以及列车交会对减压通道泄压效果影响的研究,发现减压通道在列车速度改变时,对于洞口微压波的降压作用变化不大;而在列车交会时,会更容易发生隧道内相同类型压力波叠加的最不利情况。

王站峰[3](2020)在《多晶铜各向异性超精密金刚石切削加工机理研究》文中认为惯性约束核聚变精密物理实验对高纯无氧多晶铜材料零件的表面质量提出了极高的要求,要求其轮廓误差优于3μm、表面粗糙度优于20nm、亚表面损伤层深度极低等。其中,超精密单点金刚石切削加工由于其加工效率高、加工精度高、亚表面损伤层可控、加工误差可控等优点,是用于制备高精度多晶金属零件的一个有效手段。然而,由于加工尺度较小,基于超精密切削的高精度加工成形是刀具与材料高度耦合的过程。材料的自身性质对加工产生显着的影响,制约着超精密切削加工表面质量的进一步提高。特别是金刚石切削多晶无氧铜材料的过程中,尺寸效应引起的各向异性加工特性以及晶界高度差等现象对表面粗糙度以及表面完整性存在显着的影响。然而,以往多晶材料的金刚石切削加工实验以及仿真研究中普遍将工件视为各向同性,未考虑材料内部微结构,忽略晶粒和晶界等材料微观结构对切削加工的影响。因此,为了提高加工表面质量,实现超光滑表面的金刚石切削,需要进一步探究加工过程中的材料微观变形及加工表面形成机理。为了探究多晶铜金刚石切削过程中的材料微观变形行为,本文基于晶体塑性理论建立多晶铜的晶体塑性本构模型,以精确描述纯铜材料的弹塑性变形。此外,基于材料的破坏模型,结合有限元软件中的单元删除功能,实现切削仿真过程中的材料去除。将材料晶体塑性本构模型和材料去除准则两者嵌入到商用软件Abaqus的用户子程序中,实现切削加工的晶体塑性有限元仿真。同时,利用纳米压痕仿真与实验结果对比来校核晶体塑性本构模型中的参数。所建立的模型以及校核的参数将为本文后续的研究奠定理论基础。基于所建立的晶体塑性本构模型,对纳米压痕以及纳米刻划进行有限元仿真。通过仿真结果探究晶体铜的机械性能,重点关注晶体铜的塑性变形及其各向异性特性。同时,与仿真参数完全相同的条件下,利用纳米压痕以及纳米刻划实验进行仿真结果的验证。通过探究多晶铜的各向异性变形机理,为多晶铜金刚石切削中的材料自身性质研究提供理论基础。基于所建立的多晶铜金刚石切削晶体塑性有限元模型,对多晶铜金刚石切削进行有限元仿真,结合实验验证探究正交切削加工的各向异性及其所导致的已加工表面上晶界高度差现象。正交切削实验中选择具有直线切削刃的单晶金刚石刀具,以对应二维晶体塑性有限元仿真中的刀具几何形状。通过双晶铜金刚石正交切削的有限元仿真、相应的实验验证以及横截面透射电子显微镜表征,揭示晶界高度差的形成机制。利用有限元仿真设置正交切削过程中的不同参数,探究刀具刃口半径、晶界错位角以及晶粒尺寸对晶界高度差的影响,为抑制晶界高度差的形成提供理论指导。最后,利用金刚石端面切削加工多晶铜,探究端面切削加工的各向异性及其所导致的已加工表面晶界高度差现象。在金刚石车刀切削经过晶界的过程中,晶界两侧晶粒由于力学性能有所差异,在切削加工中产生不同的弹塑性响应以及恢复,从而得到不同的加工表面高度。针对晶界高度差现象,从切削加工工艺参数以及刀具几何参数出发,探究端面车削过程中晶界高度差现象的抑制措施。最终综合分析各个因素,实现晶界高度差现象的抑制以及多晶铜超光滑表面的金刚石切削加工。

李茂文[4](2020)在《激光动态加载下金属棒料顶镦冷/温微成形研究》文中研究说明高速体积成形相比于静态或准静态体积成形具有抑制变形集中化、提高材料成形性、金属流动均匀、模具型腔充填性好、可成形难成形材料等优点。然而,现有的高速体积成形并不适合微成形。本文结合激光冲击箔板微成形具有动态高速加载与适合微成形的特点,提出了激光动态加载下金属棒料顶镦微成形新方法。本文采用理论研究和实验研究相结合的方法对激光动态加载下金属棒料顶镦微成形工艺展开了研究,主要研究工作与成果如下:(1)阐述了激光与物质的相互作用、激光功率密度的计算方法;讨论了高应变率下材料的动态响应,包括材料应变率和动态屈服强度的计算方法以及Johnson-Cook材料动态本构模型;探讨了位错理论、单晶体和多晶体塑性变形理论以及温塑性成形的作用机理。为后续激光动态加载下金属棒料顶镦微成形工艺实验研究提供了理论分析基础。(2)自主设计了顶镦微成形实验模具,搭建了成形工艺实验系统并进行了微尺度下金属棒料的顶镦冷成形实验。通过观测不同变形量下镦头中间截面形貌,研究了激光动态加载下金属棒料顶镦微成形过程及其成形机理。研究发现:当镦头变形量较小时,受高速成形中应力波效应和惯性效应等影响,镦头形状呈现明显的蘑菇状;当镦头变形量逐渐变大时,摩擦效应对成形过程的影响显着,镦头形状呈现鼓形,镦头上表面直径和下表面直径逐渐趋于一致。通过测量镦头成形尺寸和侧表面形貌,研究了晶粒尺寸对成形的影响。研究发现:镦头的变形量随着试样晶粒尺寸的增大而增大,这可以通过位错塞积理论和表面层模型来解释;大晶粒尺寸试样侧表面相比小晶粒尺寸试样侧表面呈现明显的凹凸不平现象,试样产生了不均匀变形,这可以通过表面层理论和金属晶体塑性理论解释。通过测量镦头成形尺寸,研究了吸收层厚度和激光能量对成形的影响。(3)设计制造了温成形相关实验装置,并进行了相关实验研究。通过测量试样镦头成形尺寸,研究了室温和300℃成形温度下激光能量、晶粒尺寸对T2紫铜圆柱试样镦头变形量的影响及其差异。研究发现:在室温和300℃成形温度下,激光能量对镦头变形量的影响趋势基本相同;晶粒尺寸对镦头变形量的影响趋势有所不同,因为变形温度的升高改善了晶粒之间的变形协调性,表面晶粒与内部晶粒的变形差异减小,在相同晶粒尺寸差值下,300℃成形温度下的镦头变形量变化幅度明显小于室温条件下。通过测量试样镦头成形尺寸,研究了成形温度对镦头变形量的影响。研究发现:因为温度的软化效应,镦头的变形量随着成形温度的升高而增大。通过比较相同工艺参数下多组重复实验镦头变形量的离散程度,研究了成形温度和晶粒尺寸对试样材料流动应力波动性的影响。研究发现:温度改善了晶粒之间的变形协调性,降低了单晶粒的各向异性对塑性变形的影响程度,因而在300℃成形温度下,镦头的成形尺寸波动性要明显小于室温条件下,即材料的流动应力波动性变小;当晶粒尺寸较小,单位体积晶粒数增多,晶粒间的变形协调性变好,各晶粒的变形差异对整体变形的影响变小,因而晶粒尺寸为6μm的试样镦头成形尺寸波动性小于晶粒尺寸为44μm的试样镦头成形尺寸波动性。本文提出的激光动态加载下金属棒料顶镦微成形工艺是一种新型的金属棒材高速微体积成形方法,为生产制造微零件提供了一种有效的工艺方法。本文开展的理论与实验研究为揭示高应变率激光动态加载下金属棒料顶镦微成形的机理与规律奠定了基础。

宋文浩[5](2020)在《混凝土强度尺寸效应及其宏细观关联机制 ——内禀长度·梯度损伤·跨尺度分析》文中提出混凝土作为一种广泛应用于土木工程领域的复合材料,其复杂的宏观力学行为(如尺寸效应等)取决于其内在固有的非均质性和细观结构相互作用。因此,混凝土的宏细观关联机制越来越受到研究者的关注。该机制对进一步了解混凝土的破坏模式、强度及变形特性具有重要意义。细观数值模拟和梯度理论是研究宏细观关联机制的两种主要方法。然而,细观数值模拟需要完成尽可能多的细观描述来建立混凝土数值模型,但这种刻画极其繁琐,是一个非常艰难的任务;在许多梯度理论中,由于混凝土内禀长度参数的物理意义并不明确,所以必须通过实验建立经验模型来研究混凝土的宏细观关联机制。虽然这两种方法都能捕捉到混凝土的尺寸效应现象,但其内在机理却无法得到真正阐明。本文在Ⅰ阶梯度损伤理论框架下,提出了一种“宏观—细观”方法来研究混凝土材料的宏细观关联机制(特别是尺寸效应的跨尺度演化作用)。首先,本文为了模拟混凝土内在固有的非均质性及其细观结构,建立了由骨料、水泥砂浆和界面层所组成的随机骨料模型。以随机骨料模型为研究对象,基于Ⅰ阶梯度损伤理论中内禀长度参数lx的定义,验证了lx的不变性。然后,通过研究细观组分(骨料密度Pf和骨料粒径Φf)对内禀长度参数lx影响,完成了lx的提取工作。与此同时,采用混合夹杂模型确定了初始等效弹性模量、等效泊松比等其它宏观弹性材料参数;并采用数值均匀化方法计算了演化规律中的宏观损伤参数。其次,在Ⅰ阶梯度损伤理论框架,利用内禀长度参数lx,建立了一种新的跨尺度损伤数值模型来研究混凝土尺寸效应及其宏细观关联机制。通过自编的刚度—附加荷载法非线性有限元程序实现了该模型的数值计算。随后,利用跨尺度损伤数值模型模拟了纯弯混凝土梁的强度尺寸效应现象。研究结果表明,经典的抗弯强度和尺寸效应强度均受混凝土细观组分(骨料密度Pf和骨料粒径Φf)的影响:经典的抗弯强度和尺寸效应强度随着骨料粒径Φf的增加而增强,随着骨料密度Pf的增加而减弱。因此,通过研究混凝土细观组分(骨料密度Pf和骨料粒径Φf)对混凝土纯弯梁强度尺寸效应的影响,明晰了混凝土的一种宏细观关联机制。然后,利用本文所提出的跨尺度损伤数值模型研究了界面层对混凝土宏观力学行为的影响。研究结果表明,界面层对混凝土结构有着显着的影响:①在细观层面上,内禀长度参数lx随着界面层密度的增大而减小;②在宏观层面上,混凝土的经典强度和尺寸效应强度均随界面层密度的增大而减小。因此,本文通过对界面层的研究,揭示了混凝土的另一种宏细观关联机制。最后,通过与具体实验结果和数值模拟结果的对比研究,验证了本文研究的正确性。除此之外,本文研究结果与其他的着名的尺寸效应规律的结果(如尺寸效应Bazant定律,Carpinteri多重分形尺寸律和Weibull统计理论)都是一致的。本文在Ⅰ阶梯度损伤理论框架下,提出了一种“宏观—细观”方法来研究混凝土尺寸效应的跨尺度演化现象及其宏细观关联机制。其中,内禀长度参数lx可以搭建起混凝土细观结构与宏观力学响应之间的桥梁,在此基础上,建立的跨尺度损伤数值模型便可明晰混凝土尺寸效应及其宏细观关联机制。

卜洋[6](2020)在《基于原子力显微镜的细胞粘弹性力学性质测量》文中提出细胞的力学性质在细胞的迁移、分裂、分化、粘附与纳米颗粒内吞等生理活动中扮演着重要的角色,且一系列的研究结果指出细胞力学性质在病理分析和生物医药工程领域有显着的指标性作用,因此细胞力学性质的精确测量对于认知生命活动的本质和维护人类生命健康有着重要的意义。而基于传统弹性模型对细胞力学性质的测量研究表明,同种细胞的杨氏模量测量值在不同的研究报道中具有较大差异且受到测量者的实验环境和加载方式的影响,从而难以准确的描述细胞的力学性质。近年来,研究人员们开始意识到细胞是具有明显粘弹特性的软材料,并利用多种线性粘弹性模型对细胞力学性质展开了测量和研究。但是,研究者们基于不同线性粘弹性模型所测量出的细胞本构方程仍旧难以统一,往往需要大量的粘弹性参数才可拟合出自己实验中的测量数据,却又不能预测出他人实验中同种细胞不同加载方式下的力学响应;另一方面,研究者们在使用粘弹性理论研究细胞力学性质之前并没有论证细胞非线性粘弹性质的存在与否,因而难以保证其研究结论的客观性。对于现有细胞力学性质测量研究中存在的上述问题,本文基于广义粘弹性理论和接触力学中的相关知识,以原子力显微镜的微压痕实验为主要实验方法,对确定细胞粘弹性本构方程中的力学问题开展了如下工作:(1)首先本文从广义粘弹性材料中普遍存在的蠕变和松弛现象入手,对人体肝正常细胞株L02、肝癌细胞株Hep G2、肝星状细胞株LX2、胃黏膜细胞株GES-1、胃癌细胞株AGS、NCI-N87、SGC7901和HGC-27分别进行了蠕变和松弛加载的单细胞力学性质测量。对于线性粘弹的细胞株,采用刚性压头与线性粘弹性体的接触理论,结合实验测量的响应曲线,给出其蠕变柔量和松弛模量的轨迹线,并计算出了其粘弹本构的参数列表;对于非线性粘弹细胞株,采用刚性压头与广义粘弹性体接触的无量纲定律,结合松弛实验的数据计算出细胞无量纲化的松弛模量,揭示了其部分粘弹特性。该工作为采用蠕变和松弛实验确定细胞线性与非线性粘弹性质的测量,提供了可供参考的实验方案,并对于建立细胞简单直观的粘弹参数体系给出了可执行的建议。(2)根据线性粘弹性理论中蠕变柔量和松弛模量的卷积关系,提出了独立进行蠕变实验和松弛实验,然后以其测量的实验数据验证细胞是否为非线性粘弹材料的方法。并利用该方法对上述八种人体细胞株进行了验证,本文发现人体胃黏膜细胞株GES-1、人体胃癌细胞株SGC7901和HGC-27具有明显的非线性粘弹特性。该工作为细胞力学性质定量测量中所涉及的理论本构模型选取,提供了重要的判断依据。(3)为了避免测量方法造成测得细胞力学性质的差异性,本文还研究了加载方式、针尖几何形状与加载压力对于细胞粘弹性力学性能测量的影响。对于加载方式,本文分别使用不同速度的匀速加载和松弛加载分别测量了人体乳腺癌细胞株MCF-7的粘弹性性质,结合粘弹性理论和接触力学的分析,指出加载方式并不影响所测得细胞粘弹性本构方程的形式。另一方面,通过对比不同几何形状针尖和不同压力下测量的人体肝正常细胞L02的粘弹性本构方程的结果,指出细胞存在多尺度的微纳米力学结构,需要使用接触面积较大的针尖以较小压力测量细胞整体的力学性质才可得到较为稳定的测量结果。该工作为建立细胞粘弹性力学性质具有可比较性的实验方案,提供了重要参考。(4)本文亦以消除测量中基底效应的松弛加载方式,测量了人体肝正常细胞L02不同部位粘弹性力学性质的差异,并指出细胞的粘弹性性质分布与其几何厚度之间存在尺度关系。该工作为解决细胞生物学和病理学分析领域中的力学问题,提供了可借鉴的数据支撑。

张家兴[7](2020)在《超声激励影响下的介观尺度纯钛塑性变形行为多尺度研究》文中提出随着科学技术的不断发展与进步,产品有明显的微型化趋势,微型零件的需求和应用越来越多。越来越多的研究者将超声振动与微成形结合的方法用于成形微型零件。与传统微成形相比,超声振动辅助微成形能够显着降低成形力、提高表面光洁度、减小坯料和模具之间的接触摩擦力,提高材料的成形能力,提高生产效率。本文通过使用自主设计的超声振动辅助装置,进行超声振动下介观尺度纯钛微柱镦粗实验,研究超声振动下频率和振幅,试样尺寸和晶粒尺寸对材料塑性变形的影响,并基于相关数据构建了超声振动下介观尺度纯钛微镦粗本构模型。结果表明:20k Hz超声振动和100k Hz超声振动产生的真实应力下降幅度无显着差别;随超声振幅增大,真实应力降幅增大,材料的硬化指数增大;在试样尺寸不变条件下施加超声振动,随着晶粒尺寸的增大,真实应力降幅减小,材料的硬化指数增大;在晶粒尺寸不变条件下施加超声振动,随着试样尺寸的增大,真实应力降幅度减小,材料的硬化指数增大。数值模拟所得到的应力降幅明显小于实验所得到的应力降幅,数值模拟模型只模拟了应力叠加效应对流动应力下降的影响,超声振动对流动应力下降的影响应该还有潜在的微观因素,如孪晶和位错密度。通过EBSD实验和纳米压痕实验,研究超声振动对介观尺度纯钛镦粗孪晶和位错的影响,结果表明:在晶粒尺寸不变的条件下施加超声振动,随着试样尺寸的增大,形变孪晶逐渐增多,位错密度下降的幅度减小;在试样尺寸不变的条件下施加超声振动,随着晶粒尺寸的增大,形变孪晶逐渐增多,位错密度下降的幅度减小;随着超声振幅的增大,形变孪晶减少,位错密度减小。通过超声振动下介观尺度纯钛微圆柱镦粗有限元数值模拟,研究超声振动下频率和振幅,试样尺寸和晶粒尺寸对材料塑性变形的影响。发现应力降幅随超声频率增大而增大,但应力降幅较小;应力降幅随着超声振幅的增大而增大;在试样尺寸不变施加超声的条件下,随着晶粒尺寸减小,应力降幅增大;在晶粒尺寸不变的条件下,施加超声振动,随着试样尺寸减小,应力降幅增大。

苏倩[8](2019)在《超细晶纯铝阵列微结构压印成形与表面功能调控》文中研究说明固体表面的润湿性,尤其是亲水性和疏水性在许多领域都有较为广泛的应用,尤其是超疏水表面因其优异的性能,如自清洁、减阻、散热、防腐蚀、抗结冰等,成为一个研究的热点。而金属材料是现代工业极为普遍和应用最为广泛的一类物质,属于典型的亲水性材料,表面自由能较高,对其表面进行改性具有十分重要的现实意义。目前使用较多的改变金属材料表面润湿性的方法多集中在化学方法上,例如化学腐蚀、溶胶-凝胶、电化学沉积等。随着科技的发展,可持续生产引起越来越多的关注,而微压印成形方法作为微成形方法的一种,具有高精度、低成本、可重复以及环保等优点,是可持续生产的一种。将微压印成形的方法应用于改变金属材料表面润湿性具有潜在的研究和实际应用价值,而对此的研究较少。本文利用微压印方法在超细晶纯铝试样表面构建不同尺寸的阵列微结构,结合水热反应得到微纳复合的二级结构,并对试样表面进行化学修饰,得到具有高粘附性的超疏水纯铝试样表面,并对微压印成形后的试样表面液滴撞击动力学行为进行探讨。本文采用经8道次等通道挤压制备的平均晶粒尺寸为1μm的超细晶纯铝材料作为研究对象,通过单槽微压印实验以及晶体塑性有限元模拟,研究了超细晶纯铝在室温以及高温下的微压印成形变形行为与填充机理。发现与粗晶材料相比,超细晶纯铝在室温以及高温下,微压印成形后均具有优异的尺寸精度和表面质量,填充行为优于粗晶材料;明确了超细晶纯铝在常温条件下塑性变形以晶间变形为主,包括晶粒的转动和晶界的滑移,随着变形量的增加,其塑性变形机制由晶间变形向晶内变形转变;高温条件下超细晶纯铝的塑性变形机制主要表现为晶粒的转动和晶界的滑移,当变形温度高于473 K时,位错的运动成为超细晶纯铝塑性变形的主要机制。通过微压印成形工艺在超细晶纯铝试样表面制备了具有不同尺寸的阵列微结构,并且通过接触角测量分析了超细晶纯铝试样表面润湿性的变化。在523 K的成形温度,4.5 k N的成形压力,10 min的保温保压条件下,得到了成形质量较好的六边形柱状阵列微结构。当a/P小于0.45时,随着微结构尺寸的增加,阵列微结构的成形质量增加,此时影响其成形质量的主要因素为参与变形的晶粒数量;而当a/P大于0.45时,微结构的尺寸不是影响成形质量的主要原因,此时影响微结构成形质量的主要影响因素为微结构的占空比。同时,微压印成形后的试样表面的接触角均有所变化,证明了通过微压印成形的方法在超细晶纯铝试样表面构建阵列微结构可以改变超细晶纯铝表面的润湿性,接触角最大可以达到114°,与原始超细晶纯铝试样表面66°的接触角相比增加了74%,超细晶纯铝试样表面完成了由亲水表面向疏水表面的转变。基于微压印成形后得到的具有不同尺寸阵列微结构的超细晶纯铝试样,将试样置于100℃的水中10 min,可以在超细晶纯铝试样表面得到具有纳米结构的勃姆石,从而制备了具有微纳复合结构的二级微结构,经2.47 wt%硬脂酸乙醇溶液浸泡0.5 h修饰后,超细晶纯铝试样表面的接触角最大可以达到160°,与原始的试样表面接触角相比增加了142%。同时,该超疏水表面具有高黏附力,可以用Cassie浸润模型对其进行解释,水滴浸润微米尺度的结构表现出高粘附力,而水滴无法浸润纳米尺度的结构表现出超疏水性。利用高速摄像技术,对液态金属液滴撞击微压印成形后具有不同微结构的超细晶纯铝试样表面的动力学过程进行观察,分析了不同滴落高度以及基底表面对液态金属液滴动力学行为的影响,探讨了通过微压印成形得到表面阵列微结构在传热方面应用的可行性。发现相比于无任何微结构的光滑的超细晶纯铝试样表面,具有微结构的表面液滴铺展系数以及回弹高度均有所增加,尤其是阵列微结构的尺寸为135μm-300μm的试样,说明具有微结构的试样表面粘性损耗较小,可以改变液滴撞击试样表面的动力学特性。

刘菲[9](2019)在《大面积阵列微特征激光冲击液体柔性微成形研究》文中指出针对激光冲击微成形的不足,提出了一种新型的激光冲击液体柔性微成形工艺。该成形工艺以激光能量作为冲击源,液体作为传力介质,实现金属箔板的大面积阵列微特征的成形。本文结合实验研究和数值模拟对金属箔板的激光冲击液体柔性微成形展开了研究,主要研究内容及成果如下:首先,构建了激光冲击液体柔性微成形实验系统,基于大面积多槽阵列微特征模具和大面积圆顶状阵列微特征模具进行了微成形实验研究,研究了聚氨酯弹性体橡胶薄膜厚度、激光能量和工件厚度对T2紫铜箔板成形的影响规律,并对同一成形件中不同阵列微特征的成形效果进行了比较,同时对成形件的形貌和表面粗糙度的变化以及厚度减薄率和截面纳米硬度的分布进行了分析。研究发现:利用该工艺成形大面积阵列微特征是可行的,且在合理的工艺参数下可获得良好的成形效果;随着激光能量的增加和工件厚度的减小,工件的成形效果越好,而成形微特征的减薄率会有所增加,但是工件均未破裂失效,呈现出较高的成形性能;通过对比同一成形件中不同阵列微特征的成形效果,分析发现各微特征具有较为一致的轮廓形状和尺寸精度,反映了该工艺采用液体作为传力介质可使作用在工件上的冲击载荷分布比较均匀,对大面积阵列微特征具有良好的成形加工能力,同时该工艺使用水作为柔性传力介质可有效保护工件表面免受热烧蚀和损坏,可获得具有较高成形质量的成形件。然后,采用HyperMesh/LS-DYNA软件进行了激光冲击液体柔性微成形数值模拟研究:针对大面积多槽阵列微特征模具,建立了激光冲击液体柔性微成形的有限元模型,为工件材料、聚氨酯橡胶材料和流体材料选择了合适的本构模型,并通过离散加载区域的方法实现了时空变化的激光冲击波压力的加载,数值模拟与实验结果达到了较高的一致性,模型准确性较高。(1)探究了箔板的动态成形过程,主要包括初始弯曲阶段、拉深成形阶段、碰撞反弹阶段、恢复阶段和成形结束阶段五个阶段;(2)对冲击波在液体中的传播过程进行了研究,结果表明该工艺利用水作为传力介质可有效延长冲击载荷作用在工件上的时间,冲击载荷对工件成形区域加载时间的延长在一定程度上可抑制局部反弹变形对成形质量所产生的不利影响;(3)通过对比液体上下表面的压力分布情况,揭示了水作为传力介质可起到均化压力的效果,使作用在工件上的冲击载荷分布较为均匀,通过该工艺成形所得的槽形阵列微特征的轮廓形状和平底区域宽度均较为一致,可获得具有较好成形效果的成形件;(4)模拟揭示了激光能量和箔板厚度对工件成形效果和厚度减薄率的影响规律,其整体变化趋势与实验结果基本一致;(5)模拟研究了成形微特征的应变分布情况,分析发现成形微特征大部分区域轴向和径向上分别呈现压缩应变和拉伸应变分布,较明显的应变均出现在模具型腔入口处,揭示了成形微特征上应变分布的规律。本文提出的激光冲击液体柔性微成形工艺是一种新型的金属箔板高速微成形方法,为大面积复杂微特征零件的制造提供了一种有效的工艺方法。本文开展的实验和数值模拟研究为揭示高应变率激光冲击液体柔性加载金属箔板动态微成形的机理与规律奠定了基础,并对激光冲击液体柔性微成形工艺在未来的实际工业应用具有一定的指导作用。

郭钰堃[10](2019)在《铜锡IMC中间层对铜锡界面反应和锡晶须生长的阻挡效果研究》文中认为铜锡界面反应是电子封装中的常见反应,如引线框架外腿与其锡镀层之间的反应、铜柱凸点中铜柱和锡基焊料帽的之间反应等。适度的铜锡反应可以增强界面两侧的结合强度,但由于反应产物是具有脆性的金属间化合物(IMC),过度的铜锡反应可能会给器件的可靠性带来风险。铜锡反应通常伴随着锡晶须的生长。锡晶须是一种具有很高机械强度的细丝状金属晶体,可随着时间的推移在锡表面形成、生长,长度可达到微米甚至毫米级。历史上锡晶须曾给电子器件造成过众多严重的短路故障。本实验使用电镀的方法制备锡薄膜,并通过不同时间的等温时效将其转化为不同成分的铜锡IMC层,随后在其上再镀锡层,以研究IMC中间层对铜锡界面反应和锡镀层表面锡晶须生长的影响。铜锡界面反应的研究发现,成分接近Cu3Sn的中间层插入可以显着降低Cu/Sn扩散系数,且中间层厚度越大,降低效果越明显。另外,IMC中间层厚度一定的情况下,中间层前期的时效时间越长(成分越接近Cu3Sn),Cu/Sn扩散系数越低,中间层的阻挡效果越好;但当中间层的前期时效时间达到24h以上时,阻挡效果趋于饱和。锡晶须生长的研究发现,锡镀层的多层结构对锡晶须的生长有抑制作用,且亚光锡中间层厚度越大,抑制效果越好。当IMC中间层厚度大于1μm时,它的插入可以显着降低锡晶须的数量;并且中间层成分越接近Cu3Sn,抑制效果越好。本文从界面扩散的角度简要解释了IMC中间层对Cu/Sn界面反应的阻挡,从应力和晶粒结构的角度解释了镀层结构和成分对锡晶须生长的影响。

二、Theoretical and experimental researches of size effect in micro-indentation test(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、Theoretical and experimental researches of size effect in micro-indentation test(论文提纲范文)

(1)柔性金属纳米结构执行器制造关键技术及其应用研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 柔性微电极执行器的研究背景及意义
    1.2 柔性植入式假体执行器的结构及应用发展
        1.2.1 植入式神经假体执行器作用下的生理基础
        1.2.2 植入式神经假体执行器的应用
        1.2.3 植入式假体中微电极的结构及其发展趋势
    1.3 电极阵列的微加工技术及其材料性能现状
        1.3.1 电极阵列的微加工技术
        1.3.2 软光刻电极阵列的微加工技术
        1.3.3 柔性电极执行器件基底材料及其粘附性研究现状
        1.3.4 柔性电极导电纳米结构及其性能研究现状
    1.4 课题研究目的、意义和拟解决的问题
    1.5 课题来源、研究内容和论文安排
        1.5.1 课题来源
        1.5.2 研究内容和论文安排
第2章 柔性金属纳米结构微执行电极设计与理论
    2.1 表界面粘附性力学检测模型及其理论
        2.1.1 纳米压痕测试原理
        2.1.2 纳米划痕测试原理
    2.2 电极表面的电阻抗模型及其理论
        2.2.1 电化学的电阻抗测试方法
        2.2.2 电容性机理
        2.2.3 电极在体外测试和体内测试的电荷传递
    2.3 柔性电极的设计材料及其性能测试
        2.3.1 柔性神经电极执行器制造材料的选择
        2.3.2 柔性电极执行器电刺激结构的仿真
    2.4 本章小结
第3章 柔性微电极执行器件的制造与工艺改进
    3.1 实验试剂与仪器
    3.2 柔性微电极执行器的设计及其MEMS加工工艺
        3.2.1 柔性电极结构的设计要求
        3.2.2 柔性电极的设计过程
        3.2.3 制造柔性电极的材料选择
        3.2.4 微电极执行器件的工艺设计过程
    3.3 柔性微电极设计制造的结果及其性能
        3.3.1 电极器件的表面形貌表征
        3.3.2 柔性电极的阻抗及相位测试
        3.3.3 柔性电极器件的导通率测试
    3.4 基于干法离子刻蚀的柔性微电极制造工艺改进及其性能
        3.4.1 基于硅基片的PI薄膜刻蚀及其工艺
        3.4.2 RIE离子刻蚀对材料表面的亲疏水影响
        3.4.3 柔性神经微电极的稳定性测试
        3.4.4 金属层与高分子薄膜的纳米压痕和划痕测试
    3.5 基于柔性微电极的铂纳米结构电化学镀层修饰
        3.5.1 氯铂酸电镀液及其电镀工艺的设计
        3.5.2 电极阵列电镀表面形貌
        3.5.3 还原剂浓度对镀层形貌的影响
        3.5.4 电位高低引起的涂层表面积的变化
        3.5.5 不同结构修饰电极的阻抗和相位
        3.5.6 不同纳米结构的循环伏安特性
        3.5.7 不同纳米结构涂层的安全电荷注入能力
    3.6 本章小结
第4章 基于聚多巴胺仿生材料的PtNW电极的制造工艺
    4.1 实验试剂与仪器
    4.2 柔性微电极执行器件的设计及其MEMS加工工艺
        4.2.1 柔性电极结构的设计要求和设计过程
        4.2.2 过程和制造工艺方法
    4.3 柔性微电极设计制造的结果及其性能
        4.3.1 电极器件的表面形貌表征
        4.3.2 基于MEMS工艺制造的对比微电极制造
        4.3.3 柔性电极测试过程
        4.3.4 柔性电极软光刻工艺的原理及过程
        4.3.5 微接触纳米压印对电极涂层厚度的影响
        4.3.6 柔性PI-PDA/Pt NW电极的循环伏安特性和阻抗性能
        4.3.7 机械附着力试验
        4.3.8 电极扭转性能测试
    4.4 不同材料表面体外细胞毒性研究
    4.5 本章小结
第5章 基于PDA涂层和铂纳米结构的柔性电极快速制造的研究
    5.1 实验材料与仪器
    5.2 PDA仿生涂层及其金属铂涂层的柔性微电极器件的构建
        5.2.1 PDA仿生涂层的加速聚合过程
        5.2.2 铂金属柔性块电极的制备及其测试过程
    5.3 涂层制造原理及其结果
        5.3.1 PDA涂料的快速聚合原理
        5.3.2 PDA薄膜沉积的表面形貌
        5.3.3 紫外-可见吸收光谱和SEM表征
        5.3.4 电极表面涂层材料的高分辨图像
        5.3.5 不同纳米Ti O2浓度对PDA涂层材料的影响
        5.3.6 纳米TiO2对金属涂层沉积的影响
    5.4 涂层电化学性能分析
        5.4.1 电极形貌及其阻抗性能
        5.4.2 柔性电极的极化性能
    5.5 本章小结
第六章 柔性电极执行器件在大鼠体内的植入应用
    6.1 动物实验平台的系统搭建及前期准备
        6.1.1 实验材料与仪器
        6.1.2 系统的搭建及其实体结构
    6.2 动物实验信号刺激及采集
    6.3 动物实验结果及其分析
        6.3.1 信号的采集及其高通滤波
        6.3.2 动作电位的检测
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 主要工作与结论
    7.2 创新点
    7.3 工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表论文、专利、参与的课题及获得的奖励情况

(2)隧道入口段减压通道对车隧气动效应影响特性研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外高速铁路隧道空气动力学研究现状
        1.2.2 国内高速铁路隧道空气动力学研究现状
        1.2.3 有关辅助设施缓解车隧气动效应的研究
        1.2.4 减压通道和竖井在降压中的工程应用
    1.3 研究目标及主要内容
    1.4 创新点
    1.5 研究方法和技术路线
        1.5.1 研究方法
        1.5.2 技术路线
2 数值计算方法理论基础
    2.1 数值计算方法简介
    2.2 可压缩流基本控制方程
    2.3 湍流模拟
    2.4 数值计算方法和特点
    2.5 列车与隧道相对运动的实现
    2.6 边界条件
    2.7 本章小结
3 动模型试验
    3.1 动模型试验相似原理
    3.2 试验装置简介
        3.2.1 控制系统
        3.2.2 发射系统
        3.2.3 数据采集系统
    3.3 模型试验参数
    3.4 数值计算模型验证及结果分析
    3.5 本章小结
4 模型建立与减压原理分析
    4.1 数值计算模型的建立
        4.1.1 计算模型假设
        4.1.2 列车计算模型的建立
        4.1.3 隧道模型的建立
        4.1.4 计算区域的建立
        4.1.5 测点布置
    4.2 减压通道泄压原理
        4.2.1 压力波传播过程
        4.2.2 数值计算分析
        4.2.3 列车通过有减压通道隧道时的流场分析
    4.3 压力舒适度研究原理
        4.3.1 压力向车内传递原理
        4.3.2 未设置减压通道时的压力变化分析
    4.4 本章小结
5 减压通道对车隧气动效应影响研究
    5.1 减压通道长度变化
        5.1.1 隧道入口附近气动效应影响研究
        5.1.2 隧道中部区域气动效应影响研究
        5.1.3 隧道出口微压波影响研究
        5.1.4 小结
    5.2 减压通道面积变化
        5.2.1 隧道入口附近气动效应影响研究
        5.2.2 隧道中部区域气动效应影响研究
        5.2.3 隧道出口微压波影响研究
        5.2.4 小结
    5.3 减压通道位置的变化
        5.3.1 隧道入口附近气动效应影响研究
        5.3.2 隧道中部区域气动效应影响研究
        5.3.3 隧道出口微压波影响研究
        5.3.4 小结
    5.4 减压道数量的变化
        5.4.1 隧道入口附近气动效应影响研究
        5.4.2 隧道中部区域气动效应影响研究
        5.4.3 隧道出口微压波影响研究
        5.4.4 小结
    5.5 减压通道特性对舒适度影响
        5.5.1 隧道内压力变化
        5.5.2 列车外部压力变化
        5.5.3 列车内部压力变化
        5.5.4 小结
    5.6 本章小结
6 列车速度与列车交会对减压通道作用影响研究
    6.1 列车速度对车隧气动效应影响
    6.2 不同速度下减压通道对气动效应缓解效果研究
        6.2.1 隧道入口附近气动效应影响研究
        6.2.2 隧道中部区域气动效应影响研究
        6.2.3 隧道出口微压波影响研究
    6.3 列车交会对车隧气动效应影响
    6.4 列车交会时减压通道对气动效应缓解效果研究
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 不足与展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

(3)多晶铜各向异性超精密金刚石切削加工机理研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 金刚石切削加工超精密表面的研究现状
        1.2.2 多晶金属材料金刚石切削加工的研究现状
        1.2.3 金刚石切削加工晶体塑性有限元仿真的研究现状
    1.3 国内外研究存在的不足
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 多晶铜金刚石切削加工的晶体塑性有限元建模
    2.1 引言
    2.2 多晶铜切削加工的有限元构成
        2.2.1 多晶铜有限元模型
        2.2.2 切屑成形与材料破坏模型
    2.3 多晶铜晶体塑性本构模型
        2.3.1 多晶铜弹塑性变形模式
        2.3.2 多晶铜晶体塑性本构方程
        2.3.3 多晶铜晶体塑性本构模型参数校核
    2.4 本章小结
第3章 多晶铜各向异性塑性变形机理研究
    3.1 引言
    3.2 晶体取向对单晶晶粒塑性变形的影响
        3.2.1 单晶晶粒纳米压痕的仿真与实验研究
        3.2.2 单晶晶粒纳米刻划的仿真与实验研究
    3.3 晶界对多晶铜塑性变形的影响
        3.3.1 晶界纳米刻划的仿真研究
        3.3.2 晶界纳米刻划的实验研究
    3.4 本章小结
第4章 多晶铜各向异性切削加工机理研究
    4.1 引言
    4.2 多晶铜金刚石切削加工的实验与仿真研究
        4.2.1 多晶铜金刚石切削加工的实验研究
        4.2.2 多晶铜金刚石切削加工的仿真研究
        4.2.3 晶界对多晶铜金刚石切削加工的影响
    4.3 晶体取向对单晶晶粒切削加工的影响
        4.3.1 切屑成形的仿真研究
        4.3.2 切屑成形的实验研究
        4.3.3 晶体取向的影响
        4.3.4 单晶晶粒金刚石切削的剪切角建模
        4.3.5 切削深度的影响
    4.4 参数对跨晶界切削加工的影响
        4.4.1 刀具刃口半径的影响
        4.4.2 双晶铜晶界错向角的影响
    4.5 晶粒尺寸对多晶铜切削加工的影响
    4.6 本章小结
第5章 多晶铜超光滑表面端面切削加工研究
    5.1 引言
    5.2 多晶铜金刚石端面切削加工的晶界高度差现象
    5.3 工艺参数对多晶铜切削加工表面质量的研究
        5.3.1 切削深度的影响
        5.3.2 切削速度的影响
        5.3.3 进给速度的影响
    5.4 刀具几何参数对多晶铜切削加工过程的影响
        5.4.1 刀具刃口半径的影响
        5.4.2 刀具圆弧半径的影响
    5.5 多晶铜超光滑表面的金刚石端面切削加工
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历

(4)激光动态加载下金属棒料顶镦冷/温微成形研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微塑性成形技术研究现状
        1.2.1 微塑性成形定义及种类
        1.2.2 微体积成形工艺研究现状
    1.3 宏观高速体积成形研究进展
    1.4 激光动态微成形技术
        1.4.1 激光动态微成形的国内外研究现状
    1.5 温塑性成形工艺研究进展
        1.5.1 温塑性成形工艺特点
        1.5.2 微塑性温成形工艺国内外研究现状
    1.6 国内外研究现状评述及本课题的提出
    1.7 本课题的主要内容与研究意义
        1.7.1 本课题的主要内容
        1.7.2 本课题的研究意义
    1.8 课题来源
第二章 激光动态加载下金属棒料顶镦微成形的理论研究
    2.1 激光诱导冲击波的机理
        2.1.1 激光与物质的相互作用
        2.1.2 激光功率密度计算
    2.2 高应变率下材料的动态响应
        2.2.1 材料应变率的计算
        2.2.2 材料塑性变形动态屈服强度的计算
        2.2.3 Johnson-Cook模型
    2.3 金属塑性变形物理基础
        2.3.1 金属塑性变形中的位错理论
        2.3.2 单晶体塑性变形
        2.3.3 多晶体塑性变形
    2.4 温塑性成形机理
    2.5 本章小结
第三章 激光动态加载下金属棒料顶镦冷微成形实验研究
    3.1 实验准备
        3.1.1 实验材料及热处理
        3.1.2 微模具的设计与制造
    3.2 激光动态加载下金属棒料顶镦微成形实验系统
        3.2.1 实验装置
        3.2.2 实验原理
        3.2.3 实验参数与规划
    3.3 实验检测设备与样品制备
    3.4 激光动态加载下金属棒料顶镦冷微成形实验的结果与讨论
        3.4.1 实验可行性分析及镦头尺寸测量方法
        3.4.2 激光动态加载下金属棒料顶镦微成形过程机理解释
        3.4.3 吸收层厚度对成形的影响
        3.4.4 激光能量对成形的影响
        3.4.5 晶粒尺寸对成形的影响
        3.4.6 晶粒尺寸对镦头表面形貌的影响
    3.5 本章小结
第四章 激光动态加载下金属棒料顶镦温微成形实验研究
    4.1 实验准备
        4.1.1 实验材料及热处理
    4.2 激光动态加载下金属棒料顶镦温微成形实验系统
        4.2.1 实验装置
        4.2.2 实验参数与规划
    4.3 激光动态加载下金属棒料顶镦温微成形实验的结果与讨论
        4.3.1 冷成形和温成形条件下激光能量对镦头成形尺寸的影响
        4.3.2 冷成形和温成形条件下晶粒尺寸对镦头成形尺寸的影响
        4.3.3 成形温度对镦头成形尺寸的影响
        4.3.4 温度和晶粒尺寸对镦头成形尺寸离散性的影响
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究内容总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文及专利

(5)混凝土强度尺寸效应及其宏细观关联机制 ——内禀长度·梯度损伤·跨尺度分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 问题的提出及研究意义
    1.2 混凝土强度尺寸效应及其宏细观关联机制的研究现状
        1.2.1 混凝土强度尺寸效应物理实验的研究现状
        1.2.2 基于实验的理论经验模型的研究现状
        1.2.3 细观数值模拟的研究现状
    1.3 宏细观关联机制的理论工具: 梯度理论
        1.3.1 梯度理论的研究现状
        1.3.2 梯度理论中内禀长度参数确定提取的研究现状
        1.3.3 基于梯度理论建立的混凝土宏细观关联机制研究现状
    1.4 本文的研究内容
第二章 混凝土宏细观关联本构理论及其参数的确定
    2.1 宏细观关联本构理论
        2.1.1 Ⅰ阶梯度损伤理论及其内禀长度参数的定义
        2.1.2 损伤演化律
    2.2 混凝土内禀长度参数的提取研究
        2.2.1 随机骨料模型(级配骨料)的建立
        2.2.2 混凝土内禀长度参数不变性研究与验证
        2.2.3 混凝土内禀长度参数的提取研究
    2.3 混凝土基本宏观材料参数的确定
        2.3.1 混凝土初始弹性参数的确定——混合夹杂模型
        2.3.2 混凝土宏观损伤参数的确定——数值均质化策略
    2.4 本章小结
第三章 混凝土跨尺度损伤数值模型——宏细观关联机制
    3.1 宏细观关联本构理论的有限元程序开发: 正割刚度—附加荷载法
        3.1.1 传统损伤有限元的增量格式及非线性求解策略
        3.1.2 传统损伤有限元漂移误差的成因
        3.1.3 损伤力学的新算法: 正割刚度—附加荷载法(SSALM)
        3.1.4 正割刚度—附加荷载法(SSALM)的数值验证及讨论
        3.1.5 Ⅰ阶梯度损伤理论的有限元增量迭代格式及其数值实现
    3.2 混凝土跨尺度损伤模型及纯弯梁尺寸效应模拟: 宏细观关联机制的揭示
        3.2.1 混凝土跨尺度损伤数值模型的建立
        3.2.2 混凝土纯弯梁的强度尺寸效应
        3.2.3 细观组分对混凝土梁经典抗弯强度的影响
        3.2.4 细观组分对混凝土梁尺寸效应强度的影响
        3.2.5 结果验证
    3.3 本章小结
第四章 界面层的跨尺度演化及宏细观关联机制
    4.1 界面层在混凝土细观层面(内禀长度参数)上的影响
    4.2 界面层对混凝土宏观力学强度的影响
        4.2.1 界面层对混凝土梁经典抗弯强度的影响
        4.2.2 界面层对混凝土梁尺寸效应强度的影响
    4.3 基于界面层的宏细观关联机制
    4.4 本章小结
结论与展望
    1 结论
    2 特色
    3 展望
参考文献
致谢
附录A (攻读硕士学位期间发表的学术论文)
附录B (混合法Ⅱ的主程序代码)

(6)基于原子力显微镜的细胞粘弹性力学性质测量(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 技术科学的发展与细胞力学性质的研究
        1.1.2 细胞力学性质对细胞生理活动以及病理过程的影响
    1.2 测量细胞力学性质的实验手段
        1.2.1 AFM的工作原理
        1.2.2 基于AFM的压痕法在测量细胞力学性质中的应用
    1.3 测量细胞力学性质领域的一些研究进展与局限
        1.3.1 基于弹性模型的细胞力学性质测量
        1.3.2 细胞粘弹性模型的引入与测量
        1.3.3 现有细胞力学性质测量研究中存在的问题与局限
    1.4 本文工作
第二章 基础理论
    2.1 线性粘弹性体
        2.1.1 线性粘弹性体的经典模型
        2.1.2 线粘弹性体的力学响应以及其积分型本构
        2.1.3 线粘性体的三维本构方程以及对应性原理
    2.2 接触理论
        2.2.1 弹性固体的接触
        2.2.2 弹性半空间的表面受力问题
        2.2.3 Hertz接触
    2.3 不同形状压头压痕过程中的力-位移关系
        2.3.1 刚性压头与弹性半空间的接触问题
        2.3.2 刚性压头与线粘弹半空间的接触问题
    2.4 小结
第三章 细胞松弛和蠕变行为的力学分析
    3.1 测量细胞粘弹性性质的实验方法
        3.1.1 细胞的培养以及实验环境
        3.1.2 理论依据
        3.1.3 细胞的加载过程及数据分析
    3.2 细胞核区域的蠕变与松弛
        3.2.1 细胞核区域的测试响应
        3.2.2 粘弹性核函数的选择
        3.2.3 细胞核区域的蠕变柔量和松弛模量
    3.3 细胞核区域的非线性粘弹分析
    3.4 小结
第四章 全细胞的力学性能测量
    4.1 基于AFM的全细胞力学测量的实验方法
    4.2 全细胞区域测量中的基底效应
        4.2.1 消除测量过程中基底效应的方法
        4.2.2 绘制细胞粘弹性图谱的数据处理
        4.2.3 基底效应对于绘制细胞粘弹性图谱的影响
    4.3 细胞全区域的松弛特征
        4.3.1 全细胞区域的粘弹性图谱及分析
        4.3.2 全细胞区域的粘弹性性质的尺度效应
    4.4 小结
第五章 细胞力学性质测量中的一些其他问题
    5.1 细胞的非线性粘弹性质测量问题
        5.1.1 非线性粘弹模型
        5.1.2 细胞基于非线性粘弹模型的核函数
    5.2 不同加载速率测量细胞力学性质的问题
    5.3 探针形状和加载力对于细胞粘弹性测量的影响
        5.3.1 不同加载力对于细胞粘弹性测量的影响
        5.3.2 纳米管针尖与细胞接触的独特性质
    5.4 小结
第六章 结束语
参考文献
在学期间研究成果
致谢

(7)超声激励影响下的介观尺度纯钛塑性变形行为多尺度研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 塑性微成形
    1.3 超声振动辅助成形
    1.4 位错动力学
    1.5 晶体塑性理论
    1.6 课题的研究意义及主要研究内容
        1.6.1 研究意义
        1.6.2 主要研究内容
第二章 介观尺度纯钛力学性能测试
    2.1 引言
        2.1.1 材料成分分析
        2.1.2 试样制备与热处理
    2.2 纯钛TA1微镦粗实验
        2.2.1 实验方案
        2.2.2 纯钛TA1微镦粗实验结果分析
    2.3 本章小结
第三章 超声振动下介观尺度纯钛塑性变形数值模拟研究
    3.1 引言
    3.2 超声振动下纯钛TA1微圆柱镦粗有限元数值模拟模型的构建
        3.2.1 数值模拟求解器的选择
        3.2.2 几何模型和材料模型的建立
        3.2.3 数值模拟所需参数及网格的划分
        3.2.4 数值模拟中超声的表示方法
    3.3 模拟方案
    3.4 数值模拟结果与分析
        3.4.1 超声频率对流动应力的影响
        3.4.2 超声振幅对流动应力的影响
        3.4.3 超声振动下晶粒尺寸对流动应力的影响
        3.4.4 超声振动下试样尺寸对流动应力的影响
    3.5 本章小结
第四章 超声振动下介观尺度纯钛塑性变形实验研究
    4.1 引言
    4.2 超声振动微镦粗实验方案
        4.2.1 实验装置
        4.2.2 超声振动实验方案
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 超声频率对真实应力的影响
        4.3.2 超声振幅对流动应力的影响
        4.3.3 超声振动下晶粒尺寸对真实应力的影响
        4.3.4 超声振动下试样尺寸对真实应力的影响
        4.3.5 超声振动对材料硬化指数的影响
    4.4 超声振动下介观尺度纯钛TA1 微镦粗本构关系的构造
        4.4.1 常见金属材料本构模型
        4.4.2 超声振动辅助成形下本构模型
        4.4.3 本文超声振动下介观尺度纯钛微镦粗本构模型构建
    4.5 本章小结
第五章 超声振动对介观尺度纯钛塑性变形孪晶和位错的影响
    5.1 引言
    5.2 超声振动对介观尺度纯钛孪晶的影响
    5.3 超声振动对介观尺度纯钛位错密度的影响
    5.4 本章小结
第六章 结论和展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的学术成果

(8)超细晶纯铝阵列微结构压印成形与表面功能调控(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 金属塑性微成形技术研究现状
        1.2.1 微成形尺度效应
        1.2.2 超细晶材料的变形行为
        1.2.3 超细晶材料的微成形工艺
    1.3 材料表面的润湿性
        1.3.1 润湿性的定义及原理
        1.3.2 自然界中的超疏水现象
        1.3.3 超疏水表面的应用及前景
    1.4 超疏水金属表面的制备技术
        1.4.1 化学腐蚀法
        1.4.2 水热法
        1.4.3 电化学法
        1.4.4 机械法
    1.5 本文的主要研究内容
第2章 实验材料与研究方法
    2.1 引言
    2.2 超细晶纯铝材料制备
    2.3 实验方法与性能评价
        2.3.1 单槽微压印实验
        2.3.2 微压印实验
        2.3.3 润湿性测试
        2.3.4 界面动力学性能测试
第3章 超细晶纯铝微压印变形行为与填充机理研究
    3.1 引言
    3.2 超细晶纯铝室温微压印变形行为与填充机理研究
        3.2.1 晶粒尺寸对变形行为与填充机理的影响
        3.2.2 变形量对变形行为与填充机理的影响
    3.3 超细晶纯铝高温微压印变形行为与填充机理研究
        3.3.1 成形温度对变形行为与填充机理的影响
        3.3.2 晶粒尺寸对变形行为与填充机理的影响
    3.4 本章小结
第4章 阵列微结构压印成形与润湿性研究
    4.1 引言
    4.2 不同阵列微结构压印成形
        4.2.1 不同阵列微结构表面成形质量
        4.2.2 不同阵列微结构三维形貌
        4.2.3 不同阵列微结构填充高度
    4.3 不同阵列微结构表面的润湿性
    4.4 本章小结
第5章 阵列微结构表面化学修饰与超疏水性能调控
    5.1 引言
    5.2 阵列微结构表面化学修饰工艺规律研究
        5.2.1 修饰溶液浓度对润湿性能的影响
        5.2.2 修饰时间对润湿性能的影响
    5.3 阵列微结构表面润湿性调控
        5.3.1 超细晶纯铝表面纳米结构制备工艺
        5.3.2 超细晶纯铝表面微纳复合结构制备
        5.3.3 微纳复合结构的表面化学修饰
    5.4 超细晶纯铝表面的超疏水机理分析
    5.5 本章小结
第6章 阵列微结构表面液态金属动力学性能调控
    6.1 引言
    6.2 液态金属液滴撞击基底表面的动力学行为
    6.3 液态金属液滴撞击不同表面动力学特性影响因素分析
        6.3.1 基底表面微结构对液态金属液滴动力学特性的影响
        6.3.2 滴落高度对液态金属液滴动力学特性的影响
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历

(9)大面积阵列微特征激光冲击液体柔性微成形研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 激光冲击微成形国内外研究现状
        1.2.2 激光冲击软模间接动态微成形国内外研究现状
        1.2.3 液体作为传力介质的高速成形国内外研究现状
    1.3 国内外研究现状评述及本课题的提出
    1.4 本论文的主要内容与研究意义
        1.4.1 本论文的主要内容
        1.4.2 本论文的研究意义
    1.5 本论文的课题来源
第二章 大面积多槽阵列微特征的激光冲击液体柔性微成形的实验研究
    2.1 实验准备
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 模具的设计与制造
    2.2 激光冲击液体柔性微成形实验系统
        2.2.1 实验装置
        2.2.2 成形原理
        2.2.3 实验参数与规划
    2.3 实验检测设备与样品制备
    2.4 实验结果与讨论
        2.4.1 可行性分析及成形微特征的典型形貌
        2.4.2 试样成形失败结果分析
        2.4.3 聚氨酯橡胶薄膜厚度对成形的影响
        2.4.4 激光能量和工件厚度对成形的影响
        2.4.5 槽形阵列微特征成形效果一致性分析
        2.4.6 表面粗糙度
        2.4.7 厚度减薄率
    2.5 本章小结
第三章 大面积圆顶状阵列微特征的激光冲击液体柔性微成形的实验研究
    3.1 实验准备
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 模具核心的设计与制造
    3.2 实验系统与实验参数规划
    3.3 实验检测设备
        3.3.1 纳米压痕测试设备及方法
        3.3.2 扫描电子显微镜
    3.4 实验结果与讨论
        3.4.1 成形微特征二维、三维及截面形貌
        3.4.2 成形深度
        3.4.3 激光能量对试样贴模性的影响
        3.4.4 表面质量
        3.4.5 厚度减薄率及截面形貌分析
        3.4.6 截面硬度分布
    3.5 本章小结
第四章 激光冲击液体柔性微成形数值模拟研究
    4.1 有限元软件的选择与分析方法
    4.2 基于时空变化的激光冲击波压力模型
    4.3 材料的本构模型
        4.3.1 金属工件材料的本构模型
        4.3.2 聚氨酯弹性体橡胶材料的本构模型
        4.3.3 流体部件的本构模型
    4.4 有限元模型的建立
        4.4.1 有限元模型网格划分与单元类型选取
        4.4.2 接触设置及流固耦合作用的定义
    4.5 数值模拟结果与分析
        4.5.1 有限元模型的验证
        4.5.2 成形过程
        4.5.3 液体中冲击波的传播过程
        4.5.4 激光能量和工件厚度对成形的影响
        4.5.5 液体对压力均化效果的影响
        4.5.6 厚度减薄率
        4.5.7 应变分布
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究内容总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文

(10)铜锡IMC中间层对铜锡界面反应和锡晶须生长的阻挡效果研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 电子封装中的铜锡反应
        1.1.1 电子封装中的3D集成技术
        1.1.2 电子封装中的铜锡反应——以铜柱凸点为例
        1.1.3 铜锡反应研究现状
    1.2 锡晶须对电子封装可靠性的威胁
        1.2.1 锡晶须引发的电子器件故障
        1.2.2 锡晶须的发现与早期研究
        1.2.3 “无铅化”给锡晶须控制带来的新挑战
    1.3 锡晶须研究现状
        1.3.1 锡晶须生长特点
        1.3.2 锡晶须的生长机理
        1.3.3 锡晶须生长的影响因素
        1.3.4 锡晶须生长的抑制方法
    1.4 论文主要研究内容
第二章 实验材料与方法
    2.1 锡薄膜的电沉积工艺
        2.1.1 电沉积基本原理
        2.1.2 光亮锡和亚光锡的电沉积工艺
        2.1.3 锡薄膜的厚度与成分分析
    2.2 铜锡IMC层的制备与表征
        2.2.1 铜锡IMC层的制备
        2.2.2 IMC层的形貌
        2.2.3 IMC层的成分分析
    2.3 铜锡界面反应的测试方法
        2.3.1 树脂冷镶
        2.3.2 磨样与抛光
        2.3.3 截面观察与厚度分析
    2.4 锡晶须的测试方法
        2.4.1 微压痕测试原理
        2.4.2 微压痕测试方法
        2.4.3 形貌观察与数量统计
第三章 Cu-Sn IMC中间层对Cu/Sn界面反应的影响
    3.1 IMC中间层厚度对Cu/Sn界面反应的影响
        3.1.1 插入不同厚度IMC中间层的Cu/Sn界面反应形貌
        3.1.2 不同厚度IMC中间层对Cu/Sn界面反应速率的影响
    3.2 IMC中间层成分对Cu/Sn界面反应的影响
        3.2.1 插入不同成分IMC中间层的Cu/Sn界面反应形貌
        3.2.2 不同成分IMC中间层对Cu/Sn界面反应速率的影响
    3.3 IMC中间层阻挡作用的理论解释
        3.3.1 IMC的生成顺序与形貌
        3.3.2 IMC层对扩散的阻挡
    3.4 本章小结
第四章 Cu-Sn IMC层对锡晶须生长的抑制作用
    4.1 亚光Sn和 IMC中间层厚度对Sn晶须生长的作用
        4.1.1 镀层表面形貌与锡晶须生长形貌
        4.1.2 锡晶须数量与长度统计
    4.2 IMC中间层成分对Sn晶须生长的作用
        4.2.1 镀层表面形貌与锡晶须生长形貌
        4.2.2 锡晶须数量与长度统计
    4.3 IMC中间层阻挡晶须生长的理论解释
        4.3.1 应力
        4.3.2 晶粒结构
    4.4 本章小结
第五章 全文总结与研究展望
    5.1 全文总结
    5.2 未来研究方向展望
参考文献
致谢
攻读学位期间的学术成果

四、Theoretical and experimental researches of size effect in micro-indentation test(论文参考文献)

  • [1]柔性金属纳米结构执行器制造关键技术及其应用研究[D]. 黄兆岭. 贵州大学, 2020
  • [2]隧道入口段减压通道对车隧气动效应影响特性研究[D]. 李泽瑞. 北京交通大学, 2020(03)
  • [3]多晶铜各向异性超精密金刚石切削加工机理研究[D]. 王站峰. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
  • [4]激光动态加载下金属棒料顶镦冷/温微成形研究[D]. 李茂文. 江苏大学, 2020(02)
  • [5]混凝土强度尺寸效应及其宏细观关联机制 ——内禀长度·梯度损伤·跨尺度分析[D]. 宋文浩. 长沙理工大学, 2020(07)
  • [6]基于原子力显微镜的细胞粘弹性力学性质测量[D]. 卜洋. 兰州大学, 2020(01)
  • [7]超声激励影响下的介观尺度纯钛塑性变形行为多尺度研究[D]. 张家兴. 上海交通大学, 2020(09)
  • [8]超细晶纯铝阵列微结构压印成形与表面功能调控[D]. 苏倩. 哈尔滨工业大学, 2019(01)
  • [9]大面积阵列微特征激光冲击液体柔性微成形研究[D]. 刘菲. 江苏大学, 2019(02)
  • [10]铜锡IMC中间层对铜锡界面反应和锡晶须生长的阻挡效果研究[D]. 郭钰堃. 上海交通大学, 2019(06)

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微压痕试验中尺寸效应的理论与实验研究
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