薄膜/基底结构的表面失稳行为研究

发布时间：2024-02-01 12:54

　　薄膜/基底结构,在压缩载荷的作用下,由于薄膜和基底的力学相互作用,结构会出现不同的表面失稳行为。从传统地认为失稳是一种失效机制,到现在人们开始利用失稳来实现具有特殊声光电磁热性质的多功能表面,关于薄膜/基底结构的表面失稳行为研究经久不衰。随着微电子工业和薄膜技术的兴起,薄膜/基底结构广泛存在于工程技术领域,在柔性电子、薄膜度量、微纳米制造以及三维自组装等领域都有着广阔的应用前景。结构界面缺陷、结构几何形式、载荷作用形式都对薄膜/基底的屈曲失稳有直接影响,研究不同情况下薄膜/基底结构的表面失稳行为具有重要的理论指导意义。首先,针对具有理想界面的硬薄膜/软基底结构,对其褶皱失稳行为进行研究。建立薄膜基底结构受单轴压缩的模型,薄膜由von Kármán非线性弹性板理论描述,基底由只考虑拉压的Winkler地基模型描述。采用线性稳定性的分析方法,通过建立屈曲特征方程,进一步得到临界屈曲载荷和关键性的褶皱参数。建立薄膜/基底结构的总能量表达式,通过对能量求极小值,得到褶皱幅值演化方程。通过仿真分析对临界条件和幅值演化的理论预报进行数值验证并进行参数化分析。针对基底泊松比较小的情况,提出了更精确的...

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1典型大面积空间薄膜展开结构及膜面褶皱[1]

然而此类结构面外刚度很小，在外载荷的作用下很容易发生屈曲失稳而产生大面积的褶皱，这些褶皱是导致结构功能失效的主要原因之一。图1-1表示软式飞艇和天线展开面的褶皱现象。图1-1典型大面积空间薄膜展开结构及膜面褶皱[1]随着微电子工业和薄膜技术的兴起，薄膜/基底层合结构，即基底受限....

图1-2微电子工业中的薄膜/基底层合结构：芯片（a）和太阳能电池（b）

1-2表示微电子工业中典型的薄膜/基底层合结构，芯片和太阳能电池。(a)(b)图1-2微电子工业中的薄膜/基底层合结构：芯片（a）和太阳能电池（b）对于基底较软的情况，也就是硬薄膜/软基底系统，结构的失稳形式更倾向于表面褶皱（wrinkle），而不是分层（buckle-del....

图1-3两种典型的失稳模式：褶皱（wrinkle）和分层（buckle-delamination）

更为刚硬的表面层，压缩情况下可能引起表面的褶皱失稳，这是结构的一种潜在的失效机制。图1-3两种典型的失稳模式：褶皱（wrinkle）和分层（buckle-delamination）[3]不仅是褶皱，当界面相互作用较强时，软基底上硬薄膜的失稳呈现出更加复杂多样的模式，除了褶皱（w....

图1-4屈曲失稳示意图,(a)-(e)依次为褶皱、折痕、叠痕、倍周期褶皱、凸脊[4]

（ridge）等多种失稳形貌[2,5,6]，如图1-4所示。这些复杂多样的屈曲模式说明薄膜/基底结构中所蕴含着丰富的非线性力学机制。图1-4屈曲失稳示意图,(a)-(e)依次为褶皱、折痕、叠痕、倍周期褶皱、凸脊[4]传统的观点认为，这种表面失稳现象是结构的一种失效机制。然而，....

本文编号：3892151