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《西南交通大学》 2002年
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含湿热的耦合粘弹性本构、断裂及应用

王珺  
【摘要】: 由于高聚物及其复合物材料具有重量轻,强度高等优点,已经广泛应用于各个工程领域。在微电子元件制造中,高聚物及其复合物材料通常用来作为电子元件的封装材料。而在航空、航天工业中,因为它们具有良好的粘接性,又常被用作构件间的粘接剂。由此减低结构的应力集中,降低结构的重量。然而,高聚物材料的一个显著的弱点是其对环境的敏感性,尤其是对湿、热影响敏感。因此,在高温、高湿度的环境中,高聚物的强度明显下降,威胁到结构的安全。在电子元件高温焊接中,受到湿汽侵入的元件常发生“爆米花”式的脱层断裂,严重影响了产品的合格率。这两类问题都需要对湿分扩散,高聚物结构的力学反响进行研究。 湿汽进入到高聚物材料之后,一方面导致其材料强度和耐久性下降。另一方面是纯粹的物理作用,湿汽产生膨胀变形,导致残余应力。有试验发现,高聚物中湿分、温度和应力是相互影响的。并且,高聚物通常具有粘性,其力学行为与时间相关。湿汽对材料性能的影响是可以通过试验测定的,而建立合理的模型描述含有湿、热影响的结构的耦合响应则是对由湿、热导致的破坏问题作出准确的分析和计算模拟的基础和关键。在一般的条件下,对于高聚物吸湿所引发的问题,需要考虑到热传导过程、湿分扩散过程,以及高聚物结构的力学反响。因此,需要发展耦合的本构模型对整个问题进行描述。此外,在含湿、热效应的高聚物材料中,传统的粘弹性或弹性材料的断裂判据不再适用,所以,对该问题进行研究也是十分必要的。 本文由物质守恒,能量守恒以及动量、动量矩平衡原理,采用内变量描述材料的粘性,通过引入Helmholtz自由能和Gibbs自由能,分别导出松弛和蠕变两类湿、热和应力(应变)相互耦合的线性粘弹性本构方程以及普遍的耦合热传导、耦合湿分扩散方程。并针对各向同性材料,导出含湿、热的耦合线性粘弹性本构方程,以及相应的热传导方程和耦合湿分扩散方程。 本文利用内禀断裂能的概念,定义了不含粘性耗散项的临界断裂阻力。由能量的平衡,可以推断出,剔除了粘性耗散的影响,裂纹克服材料内禀断裂能发生扩展所需要的能量完全来自于自由能。由此,作者发展了裂尖自由能释放率的概念及其积分表达式。并建立相应的断裂判据。其中,材料的断裂参数是 第 11页 西南交通大学搏士研究生学位论文 内禀断裂能。当退化到纯弹性的情形,粘性耗散消失,自由能释放率与经典的 能量释放率等价。由此,本文给出含湿、热效应的裂尖能量释放率的积分表达 式。并用简单算例验证了其路径无关性。同时,本文将自由能释放率扩展到有 多个广延量场作用下的情况,导出统一的表达式。 利用本文提出的断裂判据,通过合理简化,作者对吸湿电子元件在高温焊 接过程中发生的“爆米花”式脱层断裂进行了研究分析。目前,电子元件趋于 薄型化的发展趋势,由分析计算结果可知,为了避免过高估计裂纹缺陷中的内 部压力,直接采用饱和蒸汽压力模型是不恰当的,需要采用本文发展的一般蒸 发有限元计算模型进行分析。此外,计算结果还显示:影响“爆米花”式断裂 的主要可控因素是扩散系数D。和蒸发系数F卜其中,蒸发系数F。对裂尖能量 释放率的影响较大,因此,控制扩散系数DO和蒸发系数F。能有效地降低电子 元件发生“爆米花”式脱层断裂的可能性,尤其是控制蒸发系数F。的大小 作者还在 Roy等计算模型的基础上,修正了他们略去 Schpaery单积分粘弹 性本构模型中的两个参数的研究工作。据此,作者开发的有限元程序中,保留 了SChaPCry模型中的全部三个参数。利用该有限元程序,作者对长时间处于潮 湿环境的高聚物粘接接头中,湿分的扩散进行了计算分析。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O345;O346.1

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【引证文献】
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1 蔡苗;杨道国;钟礼君;;集成湿热及蒸汽压力对塑封器件可靠性的影响[J];电子元件与材料;2009年01期
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1 陈桐;封装包封层材料环氧模塑料材料失效对芯片可靠性的影响研究[D];太原理工大学;2010年
【参考文献】
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1 郭兆璞,陈浩然,孙茁;轴对称壳体胶连接头粘弹性应力分析[J];大连理工大学学报;1998年02期
2 郭源君,文建国,谢献忠,刘泽军;耐磨胶粘涂层的动态吸湿过程研究[J];复合材料学报;1999年02期
3 邓伟,杨挺青;基于内变量理论的一种广义粘弹性本构方程[J];固体力学学报;1997年01期
4 王晓明,沈亚鹏;热动力学理论在粘弹性断裂力学中的应用[J];固体力学学报;1994年01期
5 张义同;变温粘弹性蠕变型本构方程[J];固体力学学报;1995年02期
6 裴清清,陈在康;几种常用建材的等温吸放湿线试验研究[J];湖南大学学报(自然科学版);1999年04期
7 杨挺青;非线性粘弹理论中的单积分型本构关系[J];力学进展;1988年01期
8 魏培君,张双寅,吴永礼;粘弹性力学的对应原理及其数值反演方法[J];力学进展;1999年03期
9 沈亚鹏,李录贤,王晓明;粘弹性准静态、动态问题的数值解法[J];力学进展;1994年02期
10 杨挺青;含裂纹体蠕变断裂理论及其应用研究[J];力学进展;1999年02期
【共引文献】
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1 周建钊,龚烈航,龚天平,豆立新;碳纤维增强聚四氟乙烯及其在潜艇上的应用[J];工程塑料应用;1996年04期
2 何东新,王成国,王海庆;汽车用摩阻材料的研究状况[J];工程塑料应用;2002年02期
3 张慧波;孙向东;陈亚东;;陶瓷微珠改性MC尼龙的研究[J];工程塑料应用;2006年08期
4 冯权和;查五生;彭必友;;面向跌落仿真破坏的注射成型工艺优化[J];工程塑料应用;2010年05期
5 刘凯;陈斌;戴剑雄;朱杉;;环境因素对玻璃纤维增强环氧树脂基透波复合材料性能的影响[J];工程塑料应用;2010年10期
6 付志前;单向土工格栅加筋土的流变模型[J];四川建筑科学研究;2004年02期
7 孙建运;李国强;;动力荷载作用下固体材料本构模型研究的进展[J];四川建筑科学研究;2006年05期
8 杨立军;何志鹃;陆守明;;粘弹性基础上粘弹性矩形厚板的固有横振[J];四川建筑科学研究;2008年03期
9 刘仁辉;石少卿;汪敏;;钢板泡沫铝复合减振层在军事建筑结构中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2008年04期
10 王海军,胡宗军,刘一华;确定复杂形状平面板的应力强度因子[J];安徽工程科技学院学报;2002年03期
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1 刘青峰;怀利民;谢基龙;缪龙秀;;断裂力学裂纹扩展仿真技术-裂纹制作[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 刘青峰;纪斌义;谢基龙;缪龙秀;;断裂力学裂纹扩展仿真技术-扩展特性[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
3 林立志;李法新;;考虑弹塑性变形约束的裂纹尖端塑性区分析[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
4 罗迎社;陈胜铭;张亮;粟建新;张永忠;罗树凌;;含缺陷PVC板材弹性降温及热致磁效应实验研究[A];塑性力学新进展——2011年全国塑性力学会议论文集[C];2011年
5 周宏刚;宋彦琦;;断裂力学中两种断裂准则的认识及应用[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年
6 张能辉;程昌钧;;非线性黏弹性平面问题的失记效应[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
7 张为民;张淳源;;弹性回复对应原理[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
8 罗文波;杨挺青;张平;;高聚物银纹损伤与断裂的研究进展[A];疲劳与断裂2000——第十届全国疲劳与断裂学术会议论文集[C];2000年
9 居建国;李文晓;薛元德;黄维悦;杨劲松;周士哲;;复合绝热管低温性能实验研究[A];复合材料——基础、创新、高效:第十四届全国复合材料学术会议论文集(下)[C];2006年
10 王娟;亢一澜;秦庆华;李晓奇;肖霞;;考虑时间效应的软材料粘接界面力学模型与实验表征[A];损伤、断裂与微纳米力学进展:损伤、断裂与微纳米力学研讨会论文集[C];2009年
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1 李伟;深部巷道围岩稳定性安全控制原理与应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 曹宇;利用遗传算法对声障板优化设计的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 杨勇;压力敏感性材料裂纹尖端场的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 王纪滨;双材料界面扩展裂纹尖端场奇异性的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 刘艳萍;焊接桥梁钢疲劳裂纹扩展行为研究[D];华中科技大学;2010年
7 韩强;CFRP-混凝土界面粘结滑移机理研究[D];华南理工大学;2010年
8 甄晓霞;大跨径钢桥桥面铺装体系力学行为研究[D];华南理工大学;2010年
9 李丽;湿热地区降雨对墙体传热的影响研究[D];华南理工大学;2010年
10 李媛萍;非线性粘弹性结构的动态行为及大跨空间网壳的减震控制研究[D];暨南大学;2010年
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1 郭昭亮;含有预置缺陷的膨胀环动态断裂行为研究[D];中国工程物理研究院;2010年
2 张仰强;石膏蠕变特性及矿房矿柱长期稳定性研究[D];山东科技大学;2010年
3 张红为;杨木横纹压缩本构关系与时—温等效性研究[D];安徽农业大学;2010年
4 俞黎明;减速器箱体阻尼减振研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 王炜;一种船用基座结构动态力学特性的数值仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王启佳;聚合物光刻胶超声时效机理与实验研究[D];大连理工大学;2010年
7 邹海波;聚合物PMMA电喷雾芯片制作工艺研究[D];大连理工大学;2010年
8 刘小顺;压电智能结构的有限元仿真与实验研究[D];大连理工大学;2010年
9 王宝媛;混凝土断裂性能及其影响因素的试验研究[D];大连理工大学;2010年
10 龙尧;沥青混合料车辙实验及粘弹性分析[D];长沙理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 娄浩焕,朱笑郓,瞿欣,Taekoo Lee,Hui Wang;无铅BGA封装可靠性的力学试验与分析[J];半导体技术;2005年03期
2 陈柳,张群,王国忠,谢晓明,程兆年;倒装焊SnPb焊点热循环失效和底充胶的影响[J];半导体学报;2001年01期
3 徐步陆,张群,彩霞,黄卫东,谢晓明,程兆年;倒扣芯片连接底充胶分层和焊点失效[J];半导体学报;2001年10期
4 秦飞;白洁;安彤;;板级电子封装跌落/冲击中焊点应力分析[J];北京工业大学学报;2007年10期
5 谢广超;环氧塑封料的发展现状与未来[J];电子工业专用设备;2005年08期
6 张蜀平,郑宏宇;电子封装技术的新进展[J];电子与封装;2004年01期
7 高尚通,杨克武;新型微电子封装技术[J];电子与封装;2004年01期
8 李晓云,张之圣,曹俊峰;环氧树脂在电子封装中的应用及发展方向[J];电子元件与材料;2003年02期
9 邵虞;穆尔定律,B/B值和硅周期评介[J];电子产品世界;1996年10期
10 于杰,金志浩,周惠久;银纹萌生机制及判据[J];高分子材料科学与工程;1997年06期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张群;倒装焊及相关问题的研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2001年
2 徐步陆;电子封装可靠性研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
3 彩霞;高密度电子封装可靠性研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2002年
4 刘芳;跌落碰撞下SMT无铅焊点可靠性理论与实验研究[D];上海交通大学;2008年
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1 周新;板级无铅焊点跌落冲击载荷下可靠性分析[D];上海交通大学;2007年
2 周斌;无铅便携式电子产品板级组件的TFBGA跌落可靠性研究[D];桂林电子科技大学;2007年
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1 李莉;马孝松;周喜;;超薄芯片叠层封装器件热可靠性分析[J];电子元件与材料;2010年01期
【二级参考文献】
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1 郭源君,谢献忠,文建国,庞佑霞;耐磨胶粘涂层微观吸湿应力分析[J];材料研究学报;1999年02期
2 汪泽霖,王茂珍;短切玻璃纤维增强热塑性塑料吸水性的研究[J];复合材料学报;1990年01期
3 邓伟,杨挺青;基于内变量理论的一种广义粘弹性本构方程[J];固体力学学报;1997年01期
4 张义同;变温粘弹性蠕变型本构方程[J];固体力学学报;1995年02期
5 刘达,金保森,矫桂琼,张大成;对几种美国“材料力学”教材的分析与思考[J];教学与教材研究;1996年03期
6 范钦珊,袁驷,李万琼;基础力学系列课程改革思路[J];教学与教材研究;1996年06期
7 朱兆祥;徐大本;王礼立;;环氧树脂在高应变率下的热粘弹性本构方程和时温等效性[J];宁波大学学报(理工版);1988年01期
8 杨挺青;粘弹塑性本构理论及其应用[J];力学进展;1992年01期
9 杨挺青;非线性粘弹体在周期应变条件下的应力与能耗[J];力学学报;1985年06期
10 张义同,严宗达;变温粘弹性的一般理论[J];力学学报;1993年06期
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1 杨正文,杨挺青;粘弹性厚板的动力方程[J];应用数学和力学;1992年05期
2 常华峰;张恒;;二维粘弹性问题的边界单元法[J];河南科技大学学报(自然科学版);1992年02期
3 杨旭丽;浅淡红细胞膜的粘弹性质[J];中国血液流变学杂志;1995年02期
4 龙勉,吴泽志,王红兵,宋关斌,王宪航,吴云鹏;肝细胞粘弹性实验研究[J];生物物理学报;1996年01期
5 蔡坤宝,俞集辉,杨瑞芳;一个粘弹性动力学的解析解[J];重庆大学学报(自然科学版);1997年02期
6 李卓,徐秉业;粘弹性分数阶导数模型的有限元法[J];工程力学;2001年03期
7 陈建康;宋慧;;混凝土材料损伤耦合的非线性粘弹性本构关系[J];应用力学学报;2011年04期
8 李宗明,钱不凡,杨庆铭;股四头肌作等长收缩时的粘弹性分析[J];生物医学工程学杂志;1995年04期
9 黄志强;聚脂基复合材料板的粘弹性损伤本构关系[J];武汉化工学院学报;1997年03期
10 秦廷武,杨瑞芳,蒋稼欢,蔡绍皙,吴云鹏;大鼠运动力竭后生理生化因素对PWN粘弹性影响的实验研究[J];中国血液流变学杂志;1998年01期
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1 郭海庆;吴相豪;吴中如;顾冲时;;应用两场耦合的粘弹性有限元拟定碾压混凝土坝的变形监控指标[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
2 张西正;匡震邦;蔡绍皙;王远亮;徐世荣;黄岂平;;应变作用下Wistar大鼠成骨细胞增殖和粘弹性的实验研究[A];21世纪医学工程学术研讨会论文摘要汇编[C];2001年
3 许政;王庆;付志一;;Maxwell模型粘弹性体本构关系的递推及应用[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
4 王清文;欧荣贤;;生物质材料的塑性加工研究进展[A];第二届中国林业学术大会——S11 木材及生物质资源高效增值利用与木材安全论文集[C];2009年
5 郭平;郭荣;;羧甲基壳聚糖对Tween 80/Brij 30/H_2O蠕虫状胶束体系粘弹性的影响[A];中国化学会第十二届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2009年
6 李相辉;;粘弹性阻尼夹层梁动态响应研究[A];中国计算力学大会'2010(CCCM2010)暨第八届南方计算力学学术会议(SCCM8)论文集[C];2010年
7 王宝善;施行党;张程远;;线性和非线性粘弹性对循环加载下砂岩的影响[A];1999年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十五届年会论文集[C];1999年
8 倪永军;朱晞;孙欣;;附加约束阻尼减振装置控制下承钢板梁横向振动技术研究[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C];2000年
9 张双寅;;粘弹体中裂纹演化的细观力学分析[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
10 罗澜;张路;方洪波;王宜阳;赵濉;俞稼镛;;油水界面扩张粘弹性研究Ⅴ 碱对原油活性组分界面膜的影响[A];中国化学会第十届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2004年
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1 祝杰 张永 魏向阳;耦合:防洪调度显威力[N];黄河报;2005年
2 朱新法 李扬;需要激情与制度的耦合[N];新华日报;2005年
3 王甲佳;从“一刀准”看业务耦合[N];中国计算机报;2008年
4 田良才 牛天堂 马晓凤;农牧耦合:山西农业可持续发展之路[N];山西日报;2006年
5 深圳 唐仕龙;TCL GM21机芯液晶平板电视原理与维修(二)[N];电子报;2008年
6 方政军 郭清君;物权法与新制度经济学耦合的力作[N];湖北日报;2004年
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9 ;让优质牧草和高产奶牛真正地耦合[N];科技日报;2005年
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1 王珺;含湿热的耦合粘弹性本构、断裂及应用[D];西南交通大学;2002年
2 徐赵东;(铅)粘弹性阻尼结构的试验与研究[D];西安建筑科技大学;2001年
3 魏翠玲;粘弹性层状地基的动态反分析[D];大连理工大学;2000年
4 赵宏亮;具局部粘弹性的弹性系统的稳定性[D];浙江大学;2002年
5 周建中;基于模糊—神经元的抗震结构智能混合控制[D];西安建筑科技大学;2003年
6 陈静波;粘弹性聚合物熔体注射成型模型化理论与数值模拟研究[D];郑州大学;2003年
7 张海联;固体火箭发动机药柱的粘弹性不确定结构分析[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
8 李卓;粘弹性分数阶导数模型及其在固体发动机上的应用[D];清华大学;2000年
9 张强;含随机参数结构的动态响应研究[D];中国农业大学;2001年
10 袁纳新;中密度纤维板粘弹性研究[D];华南农业大学;2004年
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1 常崇义;复合材料粘弹性性能预测的多尺度算法与数值模拟[D];大连理工大学;2003年
2 贾宏禹;材料的粘弹性对摩擦片振动与制动噪声的影响研究[D];武汉理工大学;2003年
3 马海龙;基于粘弹性阻尼器的海洋平台振动控制[D];中国海洋大学;2003年
4 孔凡顺;聚合物溶液的粘弹性对残余油的微观作用机理[D];大庆石油学院;2005年
5 马辉;大型带式输送机动态仿真模型研究与系统开发[D];辽宁工程技术大学;2007年
6 曹秋玲;PTT/毛精纺面料的研制与性能研究[D];东华大学;2006年
7 戴鲲;粘弹性表面活性剂压裂液研究与应用[D];吉林大学;2008年
8 王伟强;苏丹胶凝原油结构破坏特性研究[D];中国石油大学;2008年
9 程红梅;损伤预应力钢筋混凝土介质中波的传播[D];湖南大学;2004年
10 刘志宏;粘弹性多层复合结构吸声特性研究[D];西北工业大学;2005年
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