SnAgCu无铅焊料的力学性能及疲劳损伤研究

论文摘要

本文在不同温度和应变速率下,对SnAgCu焊料进行了单轴拉伸实验研究其力学性能,并在常温下对该材料进行了低周疲劳试验研究其疲劳损伤特性。单轴拉伸实验结果表明,材料的拉伸强度、饱和应力和屈服极限都表现出与温度和应变速率有较强的相关性,利用实验数据将三者与温度和应变速率进行最小二乘法拟合,得出它们与温度和应变速率之间的关系表达式。在常温高应变速率作用下,材料表现出一定的加工硬化现象,但总体来说,所研究材料在实验过程中的软化现象明显。本文采用统一型的Anand本构模型描述实验过程中的应力应变关系。根据实验数据确定Anand模型中的9个参数,将得到的Anand模型与实验结果数据相拟合,并将拟合结果与实验值相比较,结果表明,Anand模型可以较好地表述SnAgCu焊料在不同温度和应变速率下的应力应变行为。在常温,不同应变幅值和加载频率下,采用总应变幅控制的拉压循环低周疲劳试验研究SnAgCu焊料的疲劳损伤。由于实验过程中材料内部组织结构的变化,材料的特性会随之改变。因此,根据循环加载过程中的应力幅值变化可以计算出材料在对应周数的损伤值。分析损伤随循环周数的变化趋势,然后利用损伤演化模型模拟材料在循环加载过程的损伤变化。最后结果表明,实验得出的损伤值由材料内部组织结构演化损伤和外部作用损伤两部分组成,对于总应变幅值1%的加载条件,外部作用损伤对材料内部损伤影响作用不明显,损伤演化模型可以很好地模拟其实验结果；对于总应变幅值2%的加载条件,外部因素引起的损伤对材料内部损伤的影响不可忽略,演化模型并不能够很好地模拟其对应的实验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 无铅焊料的研究背景
• 1.2 无铅焊料的发展现状
• 1.3 无铅焊料本构特征的研究现状
• 1.4 无铅焊料的疲劳损伤研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 基本理论
• 2.1 统一型的Anand本构模型
• 2.1.1 Anand本构模型的基本理论
• 2.1.2 Anand本构模型中的参数确定方法
• 2.2 低周疲劳损伤模型
• 2.2.1 损伤的定义及表示
• 2.2.2 低周疲劳损伤
• 2.2.3 低周疲劳损伤演化模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 力学性能及本构模型确定
• 3.1 实验设计
• 3.1.1 实验设计思想及实验内容
• 3.1.2 试件尺寸及制作
• 3.1.3 试验设备
• 3.2 实验过程
• 3.3 实验数据处理,分析及参数模拟
• 3.3.1 实验现象分析
• 3.3.2 拉伸强度与温度和应变速率的关系
• 3.3.3 屈服极限与温度和应变速率之间的关系
• 3.4 Anand模型参数确定及模拟结果分析
• 3.4.1 确定A,Q,m,n,s/ξ
• 3.4.2 确定ξ和s
• 0,h₀和s₀'>3.4.3 确定a,ch₀,h₀和s₀
• 3.4.4 Anand模型模拟结果分析
• 3.5 数据处理及参数确定中的误差分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 疲劳损伤研究
• 4.1 实验设计
• 4.2 实验现象分析
• 4.3 损伤的计算与演化模型应用
• 4.4 实验误差分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 本文创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢