半导体材料裂纹扩展

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1、为了适应公司新战略的发展,保障停车场安保新项目的正常、顺利开展,特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划半导体材料裂纹扩展断裂力学裂纹扩展做裂纹扩展仿真确实比较难,目前一般都是以弹性断裂力学为基础,二维裂纹扩展容易一些,三维裂纹比较复杂,如果仅是要获得扩展寿命,裂纹长度,可以自己编程做,我是这样做的。如果要想获得不同裂纹前沿的应力应变场和K,模拟结构裂纹随载荷的动态真实变化,可能要借助软件:PrescribedMethod特点:裂纹只能沿单元边界扩展。AnalyticalGeometryMethod特点:将几何和载荷、约束分解为简单的解析形式。KnownSolutionMethod特点

2、:查表求已知解。两个重要软件:NASGROandAFGROWMeshfreemethod美国西北大学做的最好。优点是不需重新划分网格。AdaptiveBEM/FEM自适应网格边界元/有限元,用的较广。Latticemethod格子方法Atomicmethod一般使用分子动力学方法。Constitutivemethod在本构方程里引入破坏准则,无需预先引入裂纹。如本人上篇帖子。Cohesiveelement使用cohesiveelement。断裂学科研究的新趋向第十届国际断裂大会的情况介绍四年一届的国际断裂大会(Int.ConferenceofFrature,ICF-10)于XX年12月3日12

3、月6日在美国夏威夷召开。与会的有来自44个国家的代表约610人。中国参加会议的代表并有论文在论文集上发表的计34人,其中部分代表因故未能到会。此次会议的举办是成功的,现将会议的简要情况与参加会议的体会及有关建议分别作简单汇报于下。一、ICF10大会于XX年12月3日开幕,由ICF10主席Ritchie教授主持,由ICF名誉主席Yokobori教授和Evans教授作荣誉报告。他们的报告题目分别为:“用复杂系统科学与工程解决强度与断裂问思路的新尝试”,“力学和材料学的新技术挑战和研究的机遇”。Yokobori教授从复杂系统的角度,用系统学的观点阐释了断裂与强度问题的发展历史,从系统综合的新思路,展

4、望断裂学科的发展。Evans教授回顾了以往由于航天与能源系统的需求,推进了断裂学科的进展。时至今日,生物医学、光电子、半导体等领域的产品对断裂学科的研究与发展提出了新的要求各种工程技术对材料和持久性与可靠性提出了新的课题,与破坏相关现象的研究必须从确定系统的临界状态推进到系统的生存状态,它要求人们研究新的破坏机制并集中注意力于维护系统的持久性。报告列举了两类例子来说明上述的趋向:其一是高承压的薄膜,在热学与力学的循环作用下,发生失稳导致破坏;另一是超轻的多功能结构,它在航天与汽车系统中有强列的需求,它除了应用通常的塑性屈曲分析外,还引入新颖的拓扑和优化的方法,体现了材料与结构设计的一体化及其与

5、力学结合,反映了系统综合发展的新的趋向,迎来了力学与材料科学结合的新机遇。大会还组织了27个专题分组的邀请报告和29个重点邀请报告。这些报告涉及动态断裂;脆性材料疲劳与高温疲劳;压缩断裂;细观断裂;结构诊断和无损检测与断裂;裂尖区非常规畴变带;环境断裂;纳观尺度效应与断裂;压电材料和聚合物的变形与断裂等。大会组织的33个分组口头报告。涉及高温断裂、断裂物理、非线性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、断裂力学分析、计算断裂力学、损伤、环境疲劳与断裂、实验断裂力学、损伤力学;冲击与高应变率下的断裂、无损检测、各种材料的断裂、破坏分析、断裂与持久性、热喷涂材料与涂层、等等。与以往几届相比,纳米尺度断裂、分子动

6、力学模拟、微电子机械系统、智能结构、微电子封装、薄膜与界面等相关的断裂问题有了专门的分组,反映了断裂学科适应新发展的需要,研究面更宽了。大会还组织了130篇论文进行壁报展览,出版了包括650篇论文的摘要文集和会议全部论文的光盘,并将于会后出版经过选择的大会论文集。会议期间还召开了ICF10的理事会与执行委员会。中国和中国香港分别是理事会成员。理事会通过表决,决定第十一届断裂大会将于XX年3月20日25日在意大利都灵召开。通过提名委员会选举并由理事会批准,成立了ICF11的新的一届执委会。我国清华大学余寿文教授当选为ICF11的副主席。新任主席为澳大利亚悉尼大学的Mai教授。提名委员会选举并由理

7、事会批准,增补了含我国黄克智院士等的五位国际断裂大会的名誉会员。二、通过这次四年一届的国际断裂大会,可以看到下列的一些发展趋向:1适应当前现代科学技术的发展,断裂学科已从原有断裂与工程密切结合的一些工程部门拓宽至信息材料、智能材料与结构、自然和生物材料。力学与材料科学的结合在拓宽的基础上更加深入。材料与结构设计一体化对断裂学科提出了新的要求。从工程应用的角度,充分推动关注系统的持久性和可靠性的研究。2随着信息技术渗入各传统工业部门,智能化与微型化要求人们深入研究智能材料与电子材料等在多场耦合作用下,其细、微观以至纳观尺度的断裂行为及其防断设计与断裂控制。计算机与计算技术的发展为断裂研究提供了强

8、大的计算平台,原子、分子尺度的断裂过程的实验观察有了新的成果。我国的断裂研究在理论建模上见长,是我们的一个优点,但在大规模计算机模拟与高精度与微细尺度的断裂的实验研究方面,与国际上先进国家相比,存在相当大的差距。若不能提供强有力的支持,这一差距仍有扩大的趋势。3.近年来,断裂学科研究有了新的进展,此次会议报道的剪切型高速动态裂纹扩展、连续力学与原子尺度的断裂分析的连接、纳观以至原子尺度界面断裂过程的实验观察及电致失效力学等方面,都取得了令人瞩目的进展。其中也包含有中国学者们的贡献。说明我国的断裂研究,在国际上,已经占有了一席之地。三关于争取XX年春在中国北京承办第十二届国际断裂大会的建议:XX

9、年12月,在广州召开的第10届全国断裂与疲劳会议期间,与会的7个全国性学会的代表及全体出席第9届全国断裂与疲劳会议的代表在会议纪要中吁请申请在中国召开国际断裂大会。在此次新选举产生的ICF11执委会上,中国执行委员提出在北京召开ICF12的设想,向全体执委作了简要的口头申请通报。基于以下原因,中国拟申请承办ICF12:中国有七个学会近XX人的专业科研与工程技术人员从事断裂与疲劳的研究,多年以来的研究工作,对断裂学科的发展已经作出了许多贡献;近20年中国经济迅速发展,特别在XX年加入世界贸易组织后,伴随着经济全球化的新趋势,给断裂的研究与应用提供了推动力,也将进一步促进国际的学术交流;北京申办X

10、X年奥运会成功,从软件和硬件两方面均为XX年春季承办ICF12提供了良好的条件;按欧、美、亚太分区轮值的原则,ICF12应在亚太地区召开,中国是具有竞争力的承办者;从上世纪70年代以来,上述各相关的全国性学会轮流主持每2至3年召开一次全国性的断裂与疲劳的全国性学术大会,至XX年已连续举行了10届。我国断裂与疲劳的研究,多年来已经形成了有组织的科学研究与开展学术交流的好的传统,国家自然科学基金委员会及相关的工业部门也提供了持续的经费与政策的支持;北京是世界历史文化名城,集中了中国断裂研究的主要单位。上述的说明,得到了与会执委的赞赏与理解。ICF11执委会纪要中要求中国代表于XX年底向ICF11执

11、委会和理事会提交申办正式报告,并由ICF11理事会的各国代表团于XX年3月21日表决。为此,七个学会有关代表将于XX年商讨申办意见,并将按手续上报审核。在预先商量之后,请香港的理事也参与商讨关于主办ICF12大会事宜。向国家有关部门作书面汇报并提出申办申请,在得到批准后逐步付诸实施。余寿文第十一届国际断裂力学大会简介与断裂研究的前瞻余寿文1冯西桥1杨亚政21清华大学工程力学系破坏力学教育部重点实验室,北京2中国力学学会,北京第十一届国际断裂力学大会于XX年3月2025日在意大利都灵召开。本文对这次大会的内容加以简单介绍,并对本次会议所反映的断裂研究与应用的发展趋势进行简要评述.大会的开幕式与闭

12、幕式各有两个特邀报告。开幕式报告的主题是关于与多尺度断裂相关的分形与相似律的研究,闭幕式报告是关于金属导线的电致失效、损伤与断裂的多尺度计算方法,彰示了以往与现在断裂研究的几个重要问题。此外,还有8篇大会邀请报告计。ICF11共发表了来自52个国家的1016篇论文,这些论文涉及36个不同的断裂研究领域。两个开幕式报告为:B.B.Mandelbrot做了题为“断裂表面粗糙度的分形分疲劳裂纹扩展和热解碳复合材料的断裂热解碳在人工心脏瓣膜上的成功应用已经有了很长一段时间的历史了。稳定疲劳裂纹扩展的证实使人们对于了解什么情况下会发生稳定疲劳裂纹扩展现象产生了浓厚的兴趣。在人工心瓣的许多应用中,制作材料

13、都是采用的以石墨为核心,以热解碳为两侧表面的三层复合形式。这篇文章描述的实验就是针对研究石墨、整体热解碳和这种三层结构的石墨与热解炭的复合体进行的。实验的主要目的是遵循ASTM标准E647的实验步骤来确定疲劳裂纹扩展率。此外,在疲劳测试完成之后,也可以通过相同的试样来确定平面应变断裂韧性KIC。其测试的步骤遵循ASTM标准E399.试验样品实验样品是一种对ASTM标准E399的圆盘紧凑拉伸样品DC进行了改进的试样。这种样品与标准样品的稍微不同在于它没有被削平的部分也就是说没有尺寸c,形状上是一个完整的圆形。其公称直径为,并且带着一个机械加工出来的的裂纹,这个机械裂纹宽度为,其尖端圆角半径为。其

14、中有一组复合试样,其试样中间有一个直径为的孔,所以其机械裂纹的长度名义上就变为。这个机械加工缺口越过中间孔向试样背面延伸了大约。因为使用的试验样品和ASTM标准的E399DC(T)样品稍有不同,所以这里把K1值作为裂纹尺寸的函数,并采用有限元分析去确定K1值。结果显示,对于E399样品的描述同样适用于现在这种试验样品,并且误差在2%范围之内。这样的话,所有的计算过程都可以依据E399DC(T)样品的步骤来进行。许多的实验圆片都是用中间是石墨、外围涂层是热解碳的三层复合材料制成。因为两种材料的弹性模量不同,所以在每一层上,给定的裂纹长度所对应的应力强度因子也不尽相同。在这篇文章中,假设所有的圆盘

15、都具有一致的弹性模量,根据E399计算出了所有的应力强度因子的数据。实验材料石墨的样品是由半导体石墨股份有限公司利用石墨块切削加工制成的。根据钨的含量分为两个等级,AXF-5Q和AXF-5Q10W。单片热解碳样品是这样制成的:先在石墨圆盘两侧表面上涂覆厚热解碳涂层,被涂覆之后,沿石墨中间平面切开,移除石墨基体只留下厚的热解碳圆片。制备这样的五片样品进行试验。另外,准备三组三层复合试样进行试验,三组都是热解碳包覆在AXF-5Q或者AXF-5Q10W石墨上制成的,不过厚度不同。对于第一组,样品整体厚度为,其中石墨厚度为,热解碳涂层厚度为,取四个试样进行试验。第二组试样中,试样总厚度为,其中石墨厚度为,热解碳涂层厚度为,也取其中四个试样进行实验。对于第三组样品,样品整体厚度为,其中石墨厚度为,热解碳涂层厚度为,取其中五个试样进行试验。这三组样品中,两侧热解碳总厚度与石墨厚度之比分别为,和。疲劳裂纹扩展速率并非总是与试样的几何形状无关,试样厚度的变化对疲劳裂纹扩展速率的影响有可能增大、减小或保持不变,因此,对试样的厚度效应应当引起注意。实验过程实验是在MTS810型闭环液压试验机上进行的。裂纹长度是通过样品表面的显微镜进行测量的,裂纹长度上的变化都能够

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