[發明專利]一種多次振動處理修復銅薄膜試件疲勞損傷的方法

有效

• 申請號: 201710072876.0
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106803007B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 尚德廣;張子驍;張海萌;劉亞楠;呂帥
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種多次振動處理修復銅薄膜試件疲勞損傷的方法，屬于機械制造與振動處理應用技術領域。裝置包括試件隔斷裝置、模態激振器、試件隔斷裝置、功率放大器和信號發生器；用有限元分析軟件靜態分析模擬原始試件疲勞損傷過程，用瞬態動力學分析模擬振動處理過程，分析試件受力情況，得到最優修復效果及其對應的參數；由于每次疲勞損傷后銅薄膜試件內部的微觀組織變化都不同，需要用有限元軟件進行瞬態分析以模擬振動修復處理實驗，求得最優修復效果及其對應的參數，將每次得到的最優參數作為設備輸出參數。本發明通過有限元模擬得到的最優參數指導實驗進行多次振動修復處理，使試件的損傷不斷擦除，每次的修復效果達到最佳，從而持續延長剩余壽命。

技術領域

本發明屬于機械制造與振動處理應用技術領域，特別提出了一種多次振動處理修復銅薄膜試件疲勞損傷的方法。

背景技術

振動時效基本思想是通過對應力工件施以循環載荷使工件內應力釋放從而使工件殘余應力降低，尺寸穩定下來而達到時效之目的。它能有效愈合金屬構件的疲勞損傷，延長其疲勞壽命，且生產周期短，處理地點靈活，耗能少，無環境污染，因此具有很大的實用價值和工程意義。銅薄膜廣泛地應用于大規模集成電路及微電子機械系統中，在服役過程中常常受到循環應力應變的作用而失效甚至破壞，從而帶來較大的經濟損失，因此提高銅薄膜的使用壽命，采取有效的方法進行疲勞損傷修復是至關重要的。

有限元法是利用計算機而發展起來的一種有效的數值方法。對于振動處理的研究除了應用試驗方法外，還可以利用有限元數值模擬的方法進行研究。而且有限元方法可以降低研究成本和研究時間，大大的節約了人力、財力和物力。

專利號為CN201610405871.0的學者曾提出“一種修復銅薄膜試件疲勞損傷的振動處理方法”。該方法對于單次振動修復取得了較好的修復效果，但是在實際應用中，按其參數進行多次疲勞振動時，修復效果較差。對此，探究振動機理并且用有限元仿真求得多次振動最優參數從而指導試驗，進一步提高銅薄膜疲勞壽命的方法是很必要的。

發明內容

本發明的目的是為了最大程度提高銅薄膜材料的疲勞壽命，提供一種新型的多次振動處理修復銅薄膜試件疲勞損傷的方法。由于單次振動處理的方法對疲勞壽命的延長較有限，且用同一參數進行多次振動處理無明顯效果。因此用有限元分析軟件模擬多次振動修復處理試驗，以求得每次最優修復效果及其對應的參數。將每次得到的最優參數作為設備輸出參數，實現對每次損傷后的修復，從而持續延長其剩余壽命。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種多次振動處理修復銅薄膜疲勞損傷的方法，其步驟包括如下：

步驟1)該振動處理裝置包括試件隔斷裝置、模態激振器、波形發生器和功率放大器；其中試件隔斷裝置與模態激振器的振動臺剛性固定在一起；模態激振器和功率放大器相連接；功率放大器和波形發生器連接，并且均與電源連接；

步驟2)用有限元分析軟件靜態分析模擬試件疲勞損傷過程，用瞬態動力學分析模擬振動處理過程，分析試件受力情況，得到最優修復效果所對應的參數：頻率和電壓值；

步驟3)調整模態激振器位置使其保持水平，將銅薄膜試件水平放置在試件隔斷裝置內，使試件周圍不受約束；

步驟4)依次開啟功率放大器和波形發生器,待指示燈顯示設備為正常運行狀態，在波形發生器處輸入步驟2)獲得的最優頻率和電壓值，得到目標頻率及振動加速度，設置輸出波形為正弦波；

步驟5)參數設置完成后，啟動波形發生器的輸出鍵，并使試件處于自由振動狀態；

步驟6)3小時后依次關閉波形發生器和功率放大器,將銅薄膜試件從試件隔斷裝置內取出；