Loading...

Fracture Behavior of Solder Joints under Varying Strain Rates as a Function of Loading History

Karimi, Mojtaba | 2021

706 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 53714 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Nourani, Amir
  7. Abstract:
  8. Single lap-shear (SLS) specimens of 2.54, 6.35 and 12.7 mm long SAC305 solder joints were prepared with three different adherend thicknesses. The fracture force was measured at a shear strain rate of 0.01 s-1 for different geometries in the lap-shear configuration in which mode ІІ loading is established. Elastic-plastic fracture mechanics (EPFM) theory was considered to find the energy dissipated in each case using a finite element model (FEM). The fracture energy was found by cohesive zone modeling (CZM) using pre-defined parameters. Both 2D and 3D models were used to explain the variations of fracture energy by evaluating the effective factors that demonstrated the level of constraints on the joint. Also, the plastic zone area and stress distribution along the solder layer were calculated at the moment of fracture. The phase angle was proposed and compared in different solder lengths to show its dependence on fracture energy. It was found that the fracture energy was influenced by the local phase angle and plastic zone area, but the effect of adherend thickness on fracture load was insignificant for small joints. The observations on the crack path showed that the crack was initiated near one of the adherends and tended to propagate within the intermetallic compound (IMC) layer. Then, the effect of the loading history on the solder joint strength was investigated. The loading history was defined by three parameters; the strain amplitude, the number of applied cycles and the mean strain. The mean strain shows the plastic or elastic region where an alternative load is applied. It was shown in the elastic mode, the effect of strain amplitude was not significant but it had an influence on the solder joint resistance in the plastic mode. Also, the damage value on the solder joint for all loading histories was calculated using the Smith، Watson and Topper parameter. Then, it was corrolated with the fracture load and showed the same trend. Finally, the effect of strain rate was observed on the solder strength. The results showed the effect of fracture strain rate was more prounanced as the solder joint underwent more damage, resulting in more decrease in the solder joint strength
  9. Keywords:
  10. Stress Distribution ; Damage ; Fatigue ; Cohesive Zone Model ; Plastic Zone ; Loading History

 Digital Object List

 Bookmark

  • فصل1: مقدمه
  • فصل2: مفاهیم پایه
  • فصل3: روش پژوهش
  • فصل4: تجزیه و تحلیل یافتهها
  • فصل5: نتیجهگیری و پیشنهادها
  • مراجع
  • MSc Thesis_2.pdf
    • فصل1: مقدمه
      • 1-1 اهمیت موضوع
      • 1-2 اهداف پژوهش
      • 1-3 ساختار گزارش
    • فصل2: مفاهیم پایه
      • 2-1 مقدمه
      • 2-2 شکست
        • 2-2-1 نرخ بحرانی آزادسازی انرژی کرنشی برای شروع ترک
      • 2-3 زاویه فاز27F
      • 2-4 خستگی
        • 2-4-1 شکست خستگی
        • 2-4-2 مدلهای خستگی37F
        • 2-4-3 مدل خستگی بر اساس کرنش پلاستیک48F
        • 2-4-4 مدل خستگی برای کرنش متوسط غیر صفر
      • 2-5 مروری بر ادبیات موضوعی
        • 2-5-1 نمونهها59F
      • 2-6 عوامل شکست
        • 2-6-1 زاویة فاز
        • 2-6-2 نرخ کرنش74F
        • 2-6-3 طول اتصال79F
        • 2-6-4 ضخامت اتصال80F
        • 2-6-5 مواد تشکیل‌دهندة لحیم
      • 2-7 عوامل تأثیرگذار بر عمر اتصال
        • 2-7-1 آلیاژ لحیم
        • 2-7-2 فرکانس خستگی
        • 2-7-3 دامنه کرنش86F
        • 2-7-4 تعداد سیکل
      • 2-8 مسیر شکست89F در خستگی
    • فصل3: روش پژوهش
      • 3-1 مقدمه
      • 3-2 آمادهسازی نمونهها
      • 3-3 طراحی و چگونگی انجام آزمایشها
        • 3-3-1 تست شکست
        • 3-3-2 تست تاریخچه بارگذاری
        • 3-3-3 بررسی اثر تغییر نرخ کرنش شکست
      • 3-4 مدل‌سازی المان محدود110F
        • 3-4-1 مدل دوبعدی111F
        • 3-4-2 مدل سه‌بعدی128F
        • 3-4-3 مدل ناحیة چسبنده132F
    • فصل4: تجزیه و تحلیل یافتهها
      • 4-1 مقدمه
      • 4-2 نتایج آزمایشهای شکست
        • 4-2-1 نیروی شکست
        • 4-2-2 انرژی شکست
        • 4-2-3 توزیع تنش
        • 4-2-4 زاویه فاز وارد بر ترک شروع145F
        • 4-2-5 مقایسة سطح قید146F بر روی اتصال برای ابعاد متفاوت
        • 4-2-6 مسیر ترک
      • 4-3 نتایج آزمایشهای تاریخچه بارگذاری
        • 4-3-1 بارگذاری الاستیک
        • 4-3-2 بارگذاری پلاستیک
        • 4-3-3 بارگذاری الاستیک و پلاستیک
        • 4-3-4 تغییرات نیرو برحسب میزان تخریب اعمال شده
        • 4-3-5 بررسی اثر نرخ کرنش
    • فصل5: نتیجهگیری و پیشنهادها
      • 5-1 نتیجهگیری
      • 5-2 پیشنهاد ادامة پژوهش
    • مراجع
  • attachment1.pdf
    • فصل1: مقدمه
      • 1-1 اهمیت موضوع
      • 1-2 اهداف پژوهش
      • 1-3 ساختار گزارش
    • فصل2: مفاهیم پایه
      • 2-1 مقدمه
      • 2-2 شکست
        • 2-2-1 نرخ بحرانی آزادسازی انرژی کرنشی برای شروع ترک
      • 2-3 زاویه فاز27F
      • 2-4 خستگی
        • 2-4-1 شکست خستگی
        • 2-4-2 مدلهای خستگی36F
        • 2-4-3 مدل خستگی بر اساس کرنش پلاستیک47F
        • 2-4-4 مدل خستگی برای کرنش متوسط غیر صفر
      • 2-5 مروری بر ادبیات موضوعی
        • 2-5-1 نمونهها58F
      • 2-6 عوامل شکست
        • 2-6-1 زاویة فاز
        • 2-6-2 نرخ کرنش69F
        • 2-6-3 طول اتصال74F
        • 2-6-4 ضخامت اتصال75F
        • 2-6-5 مواد تشکیل‌دهندة لحیم
      • 2-7 عوامل تأثیرگذار بر عمر اتصال
        • 2-7-1 آلیاژ لحیم
        • 2-7-2 فرکانس خستگی
        • 2-7-3 دامنه کرنش80F
        • 2-7-4 تعداد سیکل
      • 2-8 مسیر شکست83F در خستگی
    • فصل3: روش پژوهش
      • 3-1 مقدمه
      • 3-2 آمادهسازی نمونهها
      • 3-3 طراحی و چگونگی انجام آزمایشها
        • 3-3-1 تست شکست
        • 3-3-2 تست تاریخچه بارگذاری
        • 3-3-3 بررسی اثر تغییر نرخ کرنش شکست
      • 3-4 مدل‌سازی المان محدود104F
        • 3-4-1 مدل دوبعدی105F
        • 3-4-2 مدل سه‌بعدی118F
        • 3-4-3 مدل ناحیة چسبنده122F
    • فصل4: تجزیه و تحلیل یافتهها
      • 4-1 مقدمه
      • 4-2 نتایج آزمایشهای شکست
        • 4-2-1 نیروی شکست
        • 4-2-2 انرژی شکست
        • 4-2-3 توزیع تنش
        • 4-2-4 زاویه فاز وارد بر ترک شروع135F
        • 4-2-5 مقایسة سطح قید136F بر روی اتصال برای ابعاد متفاوت
        • 4-2-6 مسیر ترک
      • 4-3 نتایج آزمایشهای تاریخچه بارگذاری
        • 4-3-1 بارگذاری الاستیک
        • 4-3-2 بارگذاری پلاستیک
        • 4-3-3 بارگذاری الاستیک و پلاستیک
        • 4-3-4 تغییرات نیرو برحسب میزان تخریب اعمال شده
        • 4-3-5 بررسی اثر نرخ کرنش
    • فصل5: نتیجهگیری و پیشنهادها
      • 5-1 نتیجهگیری
      • 5-2 پیشنهاد ادامة پژوهش
    • مراجع
    • MSc Thesis_2.pdf
      • فصل1: مقدمه
        • 1-1 اهمیت موضوع
        • 1-2 اهداف پژوهش
        • 1-3 ساختار گزارش
      • فصل2: مفاهیم پایه
        • 2-1 مقدمه
        • 2-2 شکست
          • 2-2-1 نرخ بحرانی آزادسازی انرژی کرنشی برای شروع ترک
        • 2-3 زاویه فاز27F
        • 2-4 خستگی
          • 2-4-1 شکست خستگی
          • 2-4-2 مدلهای خستگی37F
          • 2-4-3 مدل خستگی بر اساس کرنش پلاستیک48F
          • 2-4-4 مدل خستگی برای کرنش متوسط غیر صفر
        • 2-5 مروری بر ادبیات موضوعی
          • 2-5-1 نمونهها59F
        • 2-6 عوامل شکست
          • 2-6-1 زاویة فاز
          • 2-6-2 نرخ کرنش74F
          • 2-6-3 طول اتصال79F
          • 2-6-4 ضخامت اتصال80F
          • 2-6-5 مواد تشکیل‌دهندة لحیم
        • 2-7 عوامل تأثیرگذار بر عمر اتصال
          • 2-7-1 آلیاژ لحیم
          • 2-7-2 فرکانس خستگی
          • 2-7-3 دامنه کرنش86F
          • 2-7-4 تعداد سیکل
        • 2-8 مسیر شکست89F در خستگی
      • فصل3: روش پژوهش
        • 3-1 مقدمه
        • 3-2 آمادهسازی نمونهها
        • 3-3 طراحی و چگونگی انجام آزمایشها
          • 3-3-1 تست شکست
          • 3-3-2 تست تاریخچه بارگذاری
          • 3-3-3 بررسی اثر تغییر نرخ کرنش شکست
        • 3-4 مدل‌سازی المان محدود110F
          • 3-4-1 مدل دوبعدی111F
          • 3-4-2 مدل سه‌بعدی128F
          • 3-4-3 مدل ناحیة چسبنده132F
      • فصل4: تجزیه و تحلیل یافتهها
        • 4-1 مقدمه
        • 4-2 نتایج آزمایشهای شکست
          • 4-2-1 نیروی شکست
          • 4-2-2 انرژی شکست
          • 4-2-3 توزیع تنش
          • 4-2-4 زاویه فاز وارد بر ترک شروع145F
          • 4-2-5 مقایسة سطح قید146F بر روی اتصال برای ابعاد متفاوت
          • 4-2-6 مسیر ترک
        • 4-3 نتایج آزمایشهای تاریخچه بارگذاری
          • 4-3-1 بارگذاری الاستیک
          • 4-3-2 بارگذاری پلاستیک
          • 4-3-3 بارگذاری الاستیک و پلاستیک
          • 4-3-4 تغییرات نیرو برحسب میزان تخریب اعمال شده
          • 4-3-5 بررسی اثر نرخ کرنش
      • فصل5: نتیجهگیری و پیشنهادها
        • 5-1 نتیجهگیری
        • 5-2 پیشنهاد ادامة پژوهش
      • مراجع
  • attachment4.pdf
    • فصل1: مقدمه
      • 1-1 اهمیت موضوع
      • 1-2 اهداف پژوهش
      • 1-3 ساختار گزارش
    • فصل2: مفاهیم پایه
      • 2-1 مقدمه
      • 2-2 شکست
        • 2-2-1 نرخ بحرانی آزادسازی انرژی کرنشی برای شروع ترک
      • 2-3 زاویه فاز27F
      • 2-4 خستگی
        • 2-4-1 شکست خستگی
        • 2-4-2 مدلهای خستگی36F
        • 2-4-3 مدل خستگی بر اساس کرنش پلاستیک47F
        • 2-4-4 مدل خستگی برای کرنش متوسط غیر صفر
      • 2-5 مروری بر ادبیات موضوعی
        • 2-5-1 نمونهها58F
      • 2-6 عوامل شکست
        • 2-6-1 زاویة فاز
        • 2-6-2 نرخ کرنش69F
        • 2-6-3 طول اتصال74F
        • 2-6-4 ضخامت اتصال75F
        • 2-6-5 مواد تشکیل‌دهندة لحیم
      • 2-7 عوامل تأثیرگذار بر عمر اتصال
        • 2-7-1 آلیاژ لحیم
        • 2-7-2 فرکانس خستگی
        • 2-7-3 دامنه کرنش80F
        • 2-7-4 تعداد سیکل
      • 2-8 مسیر شکست83F در خستگی
    • فصل3: روش پژوهش
      • 3-1 مقدمه
      • 3-2 آمادهسازی نمونهها
      • 3-3 طراحی و چگونگی انجام آزمایشها
        • 3-3-1 تست شکست
        • 3-3-2 تست تاریخچه بارگذاری
        • 3-3-3 بررسی اثر تغییر نرخ کرنش شکست
      • 3-4 مدل‌سازی المان محدود104F
        • 3-4-1 مدل دوبعدی105F
        • 3-4-2 مدل سه‌بعدی118F
        • 3-4-3 مدل ناحیة چسبنده122F
    • فصل4: تجزیه و تحلیل یافتهها
      • 4-1 مقدمه
      • 4-2 نتایج آزمایشهای شکست
        • 4-2-1 نیروی شکست
        • 4-2-2 انرژی شکست
        • 4-2-3 توزیع تنش
        • 4-2-4 زاویه فاز وارد بر ترک شروع135F
        • 4-2-5 مقایسة سطح قید136F بر روی اتصال برای ابعاد متفاوت
        • 4-2-6 مسیر ترک
      • 4-3 نتایج آزمایشهای تاریخچه بارگذاری
        • 4-3-1 بارگذاری الاستیک
        • 4-3-2 بارگذاری پلاستیک
        • 4-3-3 بارگذاری الاستیک و پلاستیک
        • 4-3-4 تغییرات نیرو برحسب میزان تخریب اعمال شده
        • 4-3-5 بررسی اثر نرخ کرنش
    • فصل5: نتیجهگیری و پیشنهادها
      • 5-1 نتیجهگیری
      • 5-2 پیشنهاد ادامة پژوهش
    • مراجع
    • MSc Thesis_2.pdf
      • فصل1: مقدمه
        • 1-1 اهمیت موضوع
        • 1-2 اهداف پژوهش
        • 1-3 ساختار گزارش
      • فصل2: مفاهیم پایه
        • 2-1 مقدمه
        • 2-2 شکست
          • 2-2-1 نرخ بحرانی آزادسازی انرژی کرنشی برای شروع ترک
        • 2-3 زاویه فاز27F
        • 2-4 خستگی
          • 2-4-1 شکست خستگی
          • 2-4-2 مدلهای خستگی37F
          • 2-4-3 مدل خستگی بر اساس کرنش پلاستیک48F
          • 2-4-4 مدل خستگی برای کرنش متوسط غیر صفر
        • 2-5 مروری بر ادبیات موضوعی
          • 2-5-1 نمونهها59F
        • 2-6 عوامل شکست
          • 2-6-1 زاویة فاز
          • 2-6-2 نرخ کرنش74F
          • 2-6-3 طول اتصال79F
          • 2-6-4 ضخامت اتصال80F
          • 2-6-5 مواد تشکیل‌دهندة لحیم
        • 2-7 عوامل تأثیرگذار بر عمر اتصال
          • 2-7-1 آلیاژ لحیم
          • 2-7-2 فرکانس خستگی
          • 2-7-3 دامنه کرنش86F
          • 2-7-4 تعداد سیکل
        • 2-8 مسیر شکست89F در خستگی
      • فصل3: روش پژوهش
        • 3-1 مقدمه
        • 3-2 آمادهسازی نمونهها
        • 3-3 طراحی و چگونگی انجام آزمایشها
          • 3-3-1 تست شکست
          • 3-3-2 تست تاریخچه بارگذاری
          • 3-3-3 بررسی اثر تغییر نرخ کرنش شکست
        • 3-4 مدل‌سازی المان محدود110F
          • 3-4-1 مدل دوبعدی111F
          • 3-4-2 مدل سه‌بعدی128F
          • 3-4-3 مدل ناحیة چسبنده132F
      • فصل4: تجزیه و تحلیل یافتهها
        • 4-1 مقدمه
        • 4-2 نتایج آزمایشهای شکست
          • 4-2-1 نیروی شکست
          • 4-2-2 انرژی شکست
          • 4-2-3 توزیع تنش
          • 4-2-4 زاویه فاز وارد بر ترک شروع145F
          • 4-2-5 مقایسة سطح قید146F بر روی اتصال برای ابعاد متفاوت
          • 4-2-6 مسیر ترک
        • 4-3 نتایج آزمایشهای تاریخچه بارگذاری
          • 4-3-1 بارگذاری الاستیک
          • 4-3-2 بارگذاری پلاستیک
          • 4-3-3 بارگذاری الاستیک و پلاستیک
          • 4-3-4 تغییرات نیرو برحسب میزان تخریب اعمال شده
          • 4-3-5 بررسی اثر نرخ کرنش
      • فصل5: نتیجهگیری و پیشنهادها
        • 5-1 نتیجهگیری
        • 5-2 پیشنهاد ادامة پژوهش
      • مراجع
...see more