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关键词： 粘接固位   两段式种植体   氧化锆种植体   种植体-基台连接   连接方式   抗旋结构   机械并发症   有限元分析   工程化口腔材料  

摘要： 背景:两段式粘接固位氧化锆种植体在临床应用中存在折断风险,不同抗旋结构直接影响种植体-基台连接方式的可靠性,并可能间接影响向骨组织传导的应力大小及分布。目的:探索更适合两段式粘接固位氧化锆种植体-基台连接方式的抗旋结构。方法:在NX 12.0制图软件中绘制6组不同抗旋结构形状(圆三角形、三花瓣形、四方形、十字键槽形、六方形、Torx形)的种植体系统及周围骨模型,以X_T格式导入ANSYS 2021软件中,向模型施加模拟口内咬合和种植体植入时的受力,通过对比种植体、基台、粘接剂和周围骨应力的大小及分布,预测种植体断裂可能性及对周围骨质的影响。结果与结论:①垂直载荷下,仅种植体受抗旋结构形状影响,四方形、三花瓣形抗旋结构下的种植体受力最小,但三花瓣形抗旋结构下的放置朝向影响种植体受力结果。倾斜载荷下,抗旋结构为圆三角形和三花瓣形时基台受力最小,但这两种形状抗旋结构摆放朝向均会影响基台受力大小;抗旋结构为十字键槽形和六方时种植体受力最小。扭矩力载荷下,抗旋结构为六方形时种植体受力最小。在3种载荷下,不同抗旋结构下粘接剂和周围骨质受力的大小和分布均无明显差异。②结果显示,抗旋结构主要与种植体-基台连接部分受力相关,对周围骨质影响较小,对粘接固位两段式氧化锆种植体而言,六方形抗旋结构可能是一种机械上具有优势的种植体-基台连接类型。

关键词： Embedded stress sensors   Stress accumulation   Unified creep plastic constitutive model   Thermal cycling test  

摘要： The miniaturization of electronic components and the increasing density of solder joint arrays have made the reliability testing and simulation optimization of packaging devices increasingly challenging. Effectively capturing the stress within packaging structures has become a critical issue that needs to be addressed in the field of advanced packaging. This research focuses on wafer-level chip packaging structures, exploring the internal stress evolution under thermal cycling loads and proposing a methodology that integrates experimental and simulation approaches based on embedded silicon-based piezoresistive sensors. By leveraging these sensors for the first time, real-time monitoring of stress variations across different regions of power modules was achieved, offering precise characterization of cumulative stress behavior during thermal cycling. The results indicate that the gradual accumulation of internal stress is predominantly driven by the inherent plastic deformation and creep properties of solder materials under cyclic thermal conditions. Based on this, a unified creep-plasticity constitutive model coupled with damage was developed and compiled into a UMAT subroutine, which was then incorporated into finite element software for simulation. The simulation results closely matched the experimental data, successfully replicating the stress evolution pattern during thermal cycling. This study not only elucidates the underlying mechanisms of stress evolution in advanced packaging structures but also validates the feasibility of using embedded sensor technology and enhanced simulation models to tackle the challenge of stress measurement, providing a novel approach and technical pathway for the reliability design and optimization of packaging structures.

关键词： 薄膜型围护系统   液体晃荡   载荷反演   应力监测   脉冲−空间叠加法   动态载荷   液货舱  

摘要： [目的]晃荡载荷是围护系统最重要且最复杂的载荷之一,却由于数值模拟和模型试验的简化不能够被准确地计算或测量。为获得准确的晃荡载荷时程特征以及实现围护系统健康实时监测,采用改进逆脉冲−空间叠加法,通过测量部分结构响应推导出晃荡载荷以及高应力区域(热点)响应。[方法]建立测点位置和晃荡载荷作用位置的反演数学模型,预测多区域载荷;建立晃荡载荷作用位置和热点位置的响应预测数学模型,预测多热点应力。依据杜哈梅积分建立载荷−响应方程,采用Tikhonov正则化方法求解晃荡载荷,根据L曲线法选取目标函数最优正则化参数进而得到晃荡载荷稳定正则解,并对晃荡载荷预测步长展开研究。[结果]晃荡载荷预测精度随载荷复杂度增加而降低,随载荷预测步长减小而增加。所有工况下载荷及热点应力时程曲线与真实值变化趋势一致。通过控制载荷预测步长,能够保证晃荡载荷和热点应力峰值误差分别小于10%和1%。[结论]相较于试验测量和数值模拟的正方法,载荷反演的逆方法为围护系统晃荡载荷获取提供了新思路。改进逆脉冲−空间叠加法成功用于LNG运输船围护系统晃荡载荷反演以及热点应力预测,验证了该方法应用于复合材料组合结构的可行性,可为该方法应用于其他船海结构物提供参考。

关键词： 砰击载荷   加筋板   动力响应   静力等效   楔形体落水试验  

摘要： 为了探索砰击载荷作用下加筋板的动力响应的规律性,建立涵盖砰击压力移动特性和加筋板动力响应特性的加筋板静力等效设计方法,本文将作用在大外飘船艏的砰击载荷简化为移动的线性上升、指数衰减的脉冲时历形式,采用Abaqus有限元软件,进行移动砰击载荷作用下多块加筋板的弹性动力响应计算和载荷参数对加筋板动力响应的影响分析。引入筋的动应力等效系数D_(LF)(Dynamic Load Factor),分析了D_(LF)与砰击载荷无因次参数间的变化规律与敏感度,进行了D_(LF)公式回归与验证。本文提出了砰击压力简化模型的参数确定方法,与楔形体落水试验结果的对比表明,本文所提出的砰击应力等效公式D_(LF)具有较高的精度,可有效提高砰击载荷作用下的舰船结构初步设计的效率。

关键词： 岩石动力学   循环冲击载荷   预应力   锚固体   应力波  

摘要： 为研究循环冲击载荷作用下预应力锚固体的力学响应,采用不同预应力锚固体试样,基于改进后分离式霍普金森压杆试验系统开展循环冲击试验,研究应力波在锚杆与围岩中传播和衰减规律、预应力损失规律以及锚固体的宏观破裂特征,系统探讨预应力锚固体的力学响应机制。试验结果表明:入射波和反射波在锚杆与围岩中传播时,其峰值均随距离增加表现出明显的衰减特性。冲击初始阶段锚杆及围岩各测点处的峰值应变波动较小;随着冲击次数的累积,各位置峰值应变逐步降低。锚固体的预应力演变可划分为四个特征阶段:拉伸阶段、稳定阶段、损失阶段及残余阶段。锚固体试样完全破坏时所需的冲击次数随预应力水平增加呈先增后减的变化规律,当预应力为锚杆极限拉拔力的0.6倍时,其抗冲击能力最强。所有锚固试样均仅出现一条层裂裂纹,破坏主要集中于冲击端的未锚固区,而锚固区围岩未出现明显层裂现象。研究成果将为深部岩体工程中锚杆支护系统的优化设计与安全服役提供一定的理论参考。

关键词： 数值模拟   应力分布   异质材料钎焊   结构设计   动态冲击  

摘要： 【目的】旨在研究焊接界面在复杂约束条件下的动力学行为。【方法】采用ABAQUS有限元软件,建立了无互锁、圆柱互锁和直角互锁3种典型界面结构的钎焊接头模型。通过施加5 000 G加速度的瞬态冲击载荷,模拟其在霍普金森杆装置中的压缩、剪切和拉伸力学响应。【结果】仿真结果表明,无互锁结构界面在压缩、剪切和拉伸载荷下的最大应力分别为458.5 MPa, 448.2 MPa和300.9 MPa,应力集中现象显著。圆柱互锁结构通过机械咬合改善了载荷分布,其最大应力分别为457.6 MPa, 422.8 MPa和366.6 MPa。直角互锁结构凭借几何锁定效应,展现出优异的抗冲击性能,最大应力分别为458.5 MPa,463.4 MPa和316.7 MPa,但其沟槽边缘存在局部高应力区。【结论】界面设计对焊接接头在瞬态载荷下的力学行为有决定性影响。圆柱互锁与直角互锁结构能有效降低应力集中,提高接头整体性能,但需关注直角互锁结构沟槽边缘的潜在失效风险。该研究为高可靠性钎焊接头的结构优化设计提供了理论依据。

关键词： 多级压裂   水泥环   微环隙   温度-压力-地应力载荷  

摘要： 多级压裂过程中水泥环密封失效导致的环空带压问题显著,采用理论分析及数值模拟手段,深入研究水力压裂过程中温度-压力-地应力载荷的动态变化行为,以及周期性温度-压力-地应力载荷作用下水泥环密封完整性演化规律,分析水泥环在动态外载作用下的受力特征及破坏机制。结果表明,多级压裂导致井筒附近温度降低,套管内压与地应力增加;相比于不考虑周期性温度-地应力载荷影响,考虑周期性温度-地应力载荷作用时,相同压裂次数条件下水泥环承受的周向应力更大,从而增加了水泥环发生拉伸破坏的可能性,同时固井界面微环隙开度更大,导致水泥环更容易发生界面密封失效。研究结果可为多级压裂固井水泥浆配方及参数优化提供理论支撑。

关键词： 分体式结构   螺栓装配   裕度参数   应力分布  

摘要： 分体式结构件因设计-装配阶段的非连续性,易在螺栓孔周出现应力分布不均与局部应力集中现象,导致装配结构刚度降低、可靠性下降。因此,需要建立精准的孔周应力计算模型指导装配件的孔位设计。基于接触理论与叠加耦合原理,将孔周应力场分解为预紧力引起的均布接触应力、二维平面远场应力,以及有限尺寸-三维厚度方向修正项,引入裕度参数因子量化边缘效应,构建双轴载荷作用下的孔周应力分布理论计算模型;进一步分析裕度参数、预紧力及拉伸载荷对孔周应力的影响规律。结果显示:所建理论模型可有效计算双轴载荷下分体式结构件的孔周应力水平,理论模型计算结果与有限元仿真结果误差不超过10%;裕度参数因子的增大会显著增大孔周的最大应力,并增大分布范围;预紧力增大可通过产生压应力抵消部分拉应力,使最大拉应力增速减缓,而拉伸载荷增大则导致最大拉应力呈加速增长趋势。裕度参数因子为孔位优化提供量化依据,有助于提升装配体结构的可靠性与承载能力。

关键词： 弹簧应力松弛   微细结构演变   位错运动   间歇松弛   初始载荷   Cottrell气团  

摘要： 研究弹簧应力松弛过程中的微结构变化对于揭示应力松弛机制、改善弹簧服役条件、研发新型弹簧材料具有重要意义。本文借助初始载荷-温度耦合作用,探讨位错脱钉、位错回复两个过程对弹簧应力松弛的影响,并分析弹簧应力松弛后的微观组织。结果表明:当初始载荷为设计载荷的70%和80%且试验温度低于393 K时弹簧的载荷损失较大,这是Cottrell气团对位错运动的阻碍作用较弱所致;当初始载荷为设计载荷的90%和100%时,试验温度越高弹簧的载荷损失越大;初始载荷超过设计载荷后,会出现间歇松弛现象,这是位错脱钉与回复协同作用引起的。位错运动引起的应力松弛主要包含位错脱钉与位错回复两个过程,位错脱钉引起弹性应变到塑性应变的转化,回复耗散塑性变形能,随着脱钉与回复过程的进行,材料微结构不断发生变化。

关键词： 陶瓷小型外型封装   有限元分析   热应力   塑性应变   可靠性  

摘要： 针对CSOP封装器件在热载荷下焊点开裂的问题,文章分析了失效现象及机理,通过ANSYS仿真软件,采用统一粘塑性Anand本构方程,建立了器件级、模块级有限元模型,在温度循环载荷条件下,对CSOP封装器件的焊点应力应变行为分析,提出一种降低热载荷应力方案,分析了优化方案的热应力应变及焊点疲劳寿命,并通过对比试验验证了该优化方案的可行性。结果表明,适当提升焊料高度有利于降低CSOP器件的应力,减小塑性应变,提高焊点热疲劳寿命,增强CSOP器件的可靠性。