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文檔簡介
1、薄膜材料在表面工程和界面工程等相關(guān)工程應(yīng)用領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用,然而在實際應(yīng)用中,薄膜材料經(jīng)常會因本身強度、剛度和界面結(jié)合強度等力學(xué)性能的不足造成薄膜材料的剝落、開裂等失效。對于各種薄膜元器件,薄膜的力學(xué)性能直接關(guān)系到其可靠性、穩(wěn)定性及壽命,因此,研究準(zhǔn)確表征薄膜材料力學(xué)性能的測試模型具有重要意義。鼓包法是目前少數(shù)能夠同時測量薄膜彈性模量、殘余應(yīng)力、泊松比和界面結(jié)合能等力學(xué)參數(shù)的實驗方法之一,但是該方法現(xiàn)有的各個階段的薄膜力學(xué)性能鼓包測試
2、模型并不完善。本文首先運用有限元方法模擬鼓膜實驗,在分析原有鼓膜方程求取相關(guān)力學(xué)參數(shù)精度的基礎(chǔ)上修正了相應(yīng)的解析公式,然后對彈塑性膜/基體系下的鼓泡實驗進(jìn)行參數(shù)分析,得到表征彈塑性薄膜材料界面結(jié)合能的經(jīng)驗公式。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
(1)比較和歸納了現(xiàn)有的鼓包法測量薄膜力學(xué)性能的理論模型。通過分析鼓包法理論模型的推導(dǎo)過程,總結(jié)出現(xiàn)有的鼓膜理論模型和鼓泡理論模型的優(yōu)缺點。并對現(xiàn)有的理論模型進(jìn)行歸納,得到了能精確反映受壓薄膜響
3、應(yīng)的簡單的廣義鼓膜方程表達(dá)式。
(2)建立了圓形、方形和矩形窗口的鼓膜實驗的修正測試模型。通過建立鼓膜實驗有限元模型,研究了彈性常數(shù)和殘余應(yīng)力對鼓膜測試模型的影響。結(jié)果表明,盡管現(xiàn)有的圓形窗口鼓膜測試模型計算殘余應(yīng)力的精度令人滿意,但計算雙軸模量的精度并不高。而非圓形窗口鼓膜測試模型計算雙軸模量或平面應(yīng)變模量的精度都很高,但是求取殘余應(yīng)力的精度還需提高,材料的彈性常數(shù)和膜內(nèi)的殘余應(yīng)力對其測試模型的精度有相當(dāng)?shù)挠绊?。利用修正后?/p>
4、鼓膜測試模型能夠在很大程度上提高鼓膜實驗測量的彈性模量與殘余應(yīng)力的精度。最后通過進(jìn)行方形窗口鼓膜實驗,驗證了相應(yīng)的修正測試模型。
(3)建立了表征彈塑性膜/基體系下的界面結(jié)合能經(jīng)驗公式。首先通過建立彈性膜/基體系界面結(jié)合能的有限元模型,并利用內(nèi)聚力單元模擬界面分離過程,研究了孔徑變化對鼓包界面結(jié)合能測試模型的影響,驗證了彈性膜/基體系界面結(jié)合能測試模型的有效性。在此基礎(chǔ)上建立彈塑性膜/基體系界面結(jié)合能下的有限元模型,通過大規(guī)模
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