范德华力主导下仿生阵列粘附和薄膜失稳问题的研究

发布时间：2017-07-18 18:13

  本文关键词：范德华力主导下仿生阵列粘附和薄膜失稳问题的研究

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【摘要】：范德华力是一种普遍存在的作用力,在许多现象中都起到主导作用。本文选取两种典型的现象,即在范德华力的作用下,仿生粘附阵列发生粘附和软弹性薄膜发生失稳,对范德华力主导的力学过程进行研究。仿生粘附阵列作为一种新材料在医疗器件,可穿戴设备等方面有着广泛的应用前景。实验中发现,粘附阵列受到的初始压力和阵列中纤维的长细比对它的拔出力影响很大。本文中用杆的基本理论给出了阵列拔出力的表达式,得到了粘附阵列与粗糙表面作用时,阵列的拔出力随初始压力的增大先增大后保持不变的结论。同时说明了随接触面表面粗糙度的增大,以及阵列中纤维长细比的减小,阵列拔出力减小。软弹性薄膜在微电子元器件,生物工程等方面已经有了广泛的应用。实验中发现,范德华力对薄膜失稳的影响不可忽略。在范德华力的影响下,一方面薄膜发生失稳,表面不再平顺,造成薄膜失效；另一方面,通过调控薄膜失稳形貌可以在薄膜表面形成有用的图案。文中用非线性连续介质力学理论建立了薄膜的能量表达式,给出了有预应变的薄膜失稳时范德华载荷的表达式。通过线性稳定性分析,分别讨论了薄膜-基底间和薄膜-接触体间范德华力对失稳的影响。我们发现,在两种情况下,等双轴预拉伸对薄膜失稳起到了抑制作用；薄膜与基底间的排斥作用同样对失稳起到抑制作用；薄膜厚度相对薄膜-接触体间距较大时,薄膜更容易失稳。
【关键词】：范德华力 仿生粘附阵列 软弹性薄膜 失稳 线性稳定性分析
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O484.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12-16
• 1.1.1 仿生粘附阵列12-14
• 1.1.2 软弹性薄膜14-16
• 1.2 研究现状16-18
• 1.2.1 仿生粘附阵列16-17
• 1.2.2 软弹性薄膜17-18
• 1.3 本文主要内容18-20
• 第二章 初始压力对粘附阵列拔出力的影响20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 模型20-22
• 2.3 计算与结果讨论22-31
• 2.3.1 阵列与粗糙表面的接近过程23-25
• 2.3.2 阵列与粗糙表面的分离过程25-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 刚性基底上有预应变软弹性薄膜的失稳分析32-54
• 3.1 引言32
• 3.2 模型32-39
• 3.3 计算与结果分析39-52
• 3.3.1 薄膜等双轴压缩39-47
• 3.3.2 薄膜等双轴拉伸47-52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 薄膜与接触体间相互作用对薄膜失稳的影响54-68
• 4.1 引言54
• 4.2 模型54-58
• 4.3 计算与结果分析58-66
• 4.3.1 薄膜等双轴压缩58-62
• 4.3.2 薄膜等双轴拉伸62-66
• 4.4 本章小结66-68
• 第五章 结论与展望68-70
• 参考文献70-74
• 致谢74

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本文编号：559094