粘彈性界面端奇異場及在熱疲勞中的應(yīng)用.pdf

1、粘彈性結(jié)合材料在工程中有著廣泛的應(yīng)用，如電子封裝結(jié)構(gòu)、樹脂基復合材料等。粘彈性結(jié)合材料的破壞通常起始于結(jié)合部位及其附近;同時，粘彈性材料本構(gòu)的率相關(guān)性使得粘彈性界面端奇異場與時間相關(guān)，這超越了傳統(tǒng)彈塑性界面力學的范圍。為了建立粘彈性結(jié)合材料的破壞準則及評價方法，必須對粘彈性界面端奇異場進行深入的研究。
　　本文的創(chuàng)新研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:
　　利用近似逆變換，率先得到一般的線性粘彈性界面端奇異場，并討論了相關(guān)參數(shù)的影

2、響。在粘彈性-彈性對應(yīng)原理前提下，根據(jù)邊界條件建立變換域內(nèi)線性粘彈性界面端的一般特征值超越方程。通過計算可知，應(yīng)力奇異指數(shù)出現(xiàn)從一對共軛復數(shù)值到兩個不同實數(shù)值的變化，且隨時間變化最終趨于穩(wěn)定值。粘彈性材料的衰減時間控制奇異指數(shù)到穩(wěn)定值所需時間;而粘彈性材料的模量比、界面端結(jié)合角度和應(yīng)力狀態(tài)不僅影響穩(wěn)定值的出現(xiàn)時間，同時也決定了穩(wěn)定值的大小。
　　通過數(shù)值分析正弦載荷作用下的線性粘彈性直角界面端，首次發(fā)現(xiàn)直角界面端的振蕩奇異性。由于

3、應(yīng)力奇異指數(shù)從實數(shù)到復數(shù)的變化，使得角函數(shù)不僅隨時間變化而且與到奇異點距離也相關(guān)。而奇異指數(shù)和模態(tài)比均與外載荷無關(guān)。
　　通過理論推導和數(shù)值求解定解方程發(fā)現(xiàn)冪蠕變材料中V型缺口前端奇異場變化規(guī)律。應(yīng)力奇異指數(shù)穩(wěn)態(tài)值隨V型開口角度的減小而增大，但隨冪蠕變指數(shù)的增大卻減小。同時給出奇異指數(shù)和角函數(shù)隨時間的變化趨勢。
　　應(yīng)用位移速率匹配法，率先得到冪蠕變指數(shù)不同時界面端的奇異場。結(jié)合協(xié)調(diào)方程和簡化后邊界條件，然后通過C積分補充微

4、分方程定解條件。通過計算可知，平面應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)力奇異指數(shù)隨結(jié)合角度的減小而減小，且角度小于45度時應(yīng)力無奇異性。同時討論了位移速率匹配法的適用范圍。最后給出相同冪蠕變指數(shù)界面端的求解方法。
　　結(jié)合芯片熱疲勞壽命實驗結(jié)果和數(shù)值分析得到的芯片中界面端奇異參數(shù)，建立以奇異參數(shù)為變量的新疲勞壽命公式。通過芯片的管壓降測量和微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡觀測確定基于工程應(yīng)用和結(jié)構(gòu)完整性的芯片熱疲勞壽命，即裂紋萌生壽命。有限元分析相同熱疲勞實驗環(huán)境下的