多轴加载下焊锡钎料63Sn-37Pb的本构描述

论文题目: 多轴加载下焊锡钎料63Sn-37Pb的本构描述

论文类型: 博士论文

论文专业: 化工过程机械

作者: 陈刚

导师: 陈旭

关键词: 焊料,后退法,非比例加载,疲劳损伤,率相关,棘轮效应

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在室温下对焊锡钎料63Sn-37Pb进行了单轴、扭转、多轴比例、非比例应变控制疲劳试验和单轴、多轴棘轮效应试验。研究发现,63Sn-37Pb在非比例加载条件下没有发生明显的附加强化。比较相同等效应变幅下的比例和非比例加载试验,可知非比例加载条件下的峰值应力下降速率比比例加载要快得多,非比例路径下焊料的疲劳寿命缩短为比例载荷下的1/3。通过对材料的棘轮试验可知,63Sn-37Pb在较小的二次应力作用下会产生很大的棘轮应变,棘轮应变累积到很大时也没有出现安定的趋势。加载顺序和加载历史对后续加载没有明显的影响。63Sn-37Pb的棘轮变形具有很强的率相关性,在10-4/s剪切应变率作用下,63Sn-37Pb的轴向棘轮应变率是剪切应变率为10-2/s加载条件下的5倍左右。运用Euler后退隐式积分法对应力进行更新,同时给出率无关与率相关本构关系算法流程图以及算法模量的一般形式。结合具体算例,有效的验证了数值算法的准确性、鲁棒性、高效性和稳定性。利用三维有限元实体模型验证了在比例加载与非比例加载条件下焊锡钎料63Sn-37Pb实心圆试件表面剪应力的近似计算方法。在此基础上,结合Ohno-Wang本构模型和隐式本构积分算法,可以对各种路径下材料复杂的非弹性变形行为进行有效描述。考虑到焊锡钎料63Sn-37Pb的疲劳损伤特性,将临界面上的最大剪应变幅与正应变幅相加来代替Stolkarts et al.提出的损伤参量,得到KBM-Stolkarts损伤演化方程,它可以很好的解释共晶锡铅焊料在非比例加载条件下峰值应力下降速率较比例加载要快得多的试验现象。比较试验与预测结果可知,与损伤模型相耦合的Ohno-Wang模型可以对各种加载条件下63Sn-37Pb的应力应变滞环和峰值应力下降曲线进行十分准确的预测,同时这种基于微裂纹成核为主导的损伤参量还可以有效的对共晶锡铅钎料的疲劳寿命进行保守预测。通过对率相关AF-OW叠加模型进行修正,可以较好的预测不同应力值、剪应变幅、加载历史、加载顺序对63Sn-37Pb的棘轮变形的影响。同时,修正后的模型不仅能准确描述锡铅钎料在不同应变率下的应力应变滞环,还可以较好的预测材料多轴棘轮效应的率相关性。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 电子封装的可靠性

1.1.1 电子封装及其可靠性研究

1.1.2 焊点材料

1.1.3 本文的研究对象

1.2 材料的本构关系

1.2.1 无屈服面假设的统一本构关系

1.2.2 有屈服面假设的统一本构关系

1.3 应力更新算法

1.4 焊锡钎料疲劳研究

1.5 棘轮效应概述

1.6 分析讨论

1.7 本文的工作及研究意义

1.7.1 本文工作

1.7.2 研究意义

第二章 本构积分算法

2.1 基于O-W模型的基本方程

2.1.1 率无关模型

2.1.2 率相关模型

2.2 Euler后退算法

2.2.1 利用Euler后退法更新率无关模型

2.2.2 利用Euler后退法更新率相关模型

2.3 背应力更新算法

2.4 算法模量(统一切向矩阵)

2.5 算例

2.5.1 与文献的计算结果比较

2.5.2 显式与隐式积分法的计算结果比较

2.5.3 六种非比例加载路径下不同收敛子步数的计算结果比较

2.6 结论

第三章 63Sn-37Pb在多轴比例与非比例受力条件下的有限元分析

3.1 试验过程及结果

3.1.1 试验材料与设备

3.1.2 应力空间定义

3.1.3 比例与非比例加载试验

3.2 有限元方法用于表面剪应力的计算

3.2.1 建立模型

3.2.2 应变控制

3.2.3 讨论与分析

3.2.4 小结

第四章 耦合损伤的 O-W 模型对 63Sn-37Pb 的变形和寿命预测

4.1 63Sn-37Pb的损伤特性

4.2 Stolkarts损伤模型

4.3 KBM-Stolkarts模型

4.4 耦合损伤的O-W模型

4.5 结果分析与讨论

4.6 小结

第五章 率相关的单轴与多轴棘轮效应描述

5.1 试验过程及结果

5.1.1 试验材料与设备

5.1.2 数据处理说明

5.1.3 试验结果

5.2 修正的AF-OW叠加模型

5.2.1 AF-OW叠加模型对棘轮效应的描述

5.2.2 修正的AF-OW叠加模型

5.3 结果与讨论

5.4 结论

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

主要符号说明

缩略语表

致谢

发布时间: 2007-07-10

参考文献

• [1].Ga、Ce对Ag17CuZnSn钎料组织及性能的影响[D]. 马超力.南京航空航天大学2017
• [2].Cu/SAC/Cu微焊点变温原位塑性及蠕变行为研究[D]. 孔祥霞.哈尔滨理工大学2017
• [3].Ti-Co-Nb钎料设计与C_f/SiC-Nb钎焊连接机理[D]. 章强.哈尔滨工业大学2017
• [4].Ag-Cu-Zn钎料对TiC-Ni金属陶瓷的润湿行为及其机理[D]. 雷敏.哈尔滨工业大学2017
• [5].In/Al/RE在铜锡钛活性钎料中的行为研究[D]. 杜全斌.机械科学研究总院2017
• [6].高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料激光纳米钎接研究[D]. 程东锋.河南理工大学2017
• [7].钎料熔滴/焊盘瞬间接触液固反应及界面组织演变[D]. 李福泉.哈尔滨工业大学2006
• [8].基于纳米压痕法的无铅BGA焊点力学性能及其尺寸效应研究[D]. 王凤江.哈尔滨工业大学2006
• [9].无铅钎料熔体热力学性质研究及应用[D]. 吴敏.沈阳工业大学2013
• [10].Sn基软钎料合金的晶须快速生长行为和抑制方法研究[D]. 杨海峰.哈尔滨工业大学2017

相关论文

• [1].无铅钎料Sn-3.5Ag多轴棘轮变形与低周疲劳研究[D]. 高红.天津大学2007
• [2].电子封装钎料合金耦合损伤时相关多轴本构模型及疲劳失效模型研究[D]. 罗艳.西南交通大学2008
• [3].无铅钎料的统一型本构模型[D]. 白宁.天津大学2008
• [4].金属材料的多轴疲劳行为与寿命估算[D]. 王英玉.南京航空航天大学2005
• [5].材料多轴棘轮效应本构描述及压力管道棘轮效应预测[D]. 高炳军.天津大学2005
• [6].循环硬化材料高温非比例循环棘轮行为的本构描述及其有限元实现[D]. 张娟.西南交通大学2006
• [7].多轴非规则载荷下低周疲劳寿命预测[D]. 金丹.天津大学2004
• [8].Sn-Ag系无铅焊料中金属间化合物的形成与控制[D]. 沈骏.天津大学2005
• [9].高温高湿环境下粘结剂性能和COG粘接可靠性的研究[D]. 蔺永诚.天津大学2005
• [10].微电子封装中无铅焊料的损伤模型和失效机理研究[D]. 周俊.浙江工业大学2007

标签：焊料论文;  后退法论文;  非比例加载论文;  疲劳损伤论文;  率相关论文;  棘轮效应论文;