納米尺度金屬薄膜拉伸分叉問題數(shù)值分析研究.pdf

1、本文對金屬納米薄膜拉伸分叉問題進行了數(shù)值分析研究。首先研究了長波擾動下單獨的金屬薄膜的大幅度不均勻變形,并與線性攝動分析的結(jié)果進行了對比；對高聚物基底上的金屬薄膜的大幅度不均勻變形在長波擾動下進行了數(shù)值分析,并與線性攝動分析的結(jié)果進行了對比；單獨的金屬薄膜和粘在高聚物基底上的金屬薄膜這兩組數(shù)值模擬的結(jié)果顯示了,基底抑制了金屬薄膜的大幅度不均勻變形。基底的彈性和基底與薄膜的厚度比對納米金屬薄膜的變形有著重要影響。為了研究這兩種因素對變形的

2、影響,按照基底和薄膜厚度比率的不同,設(shè)計并進行了三組計算,并在這三組之間做了對比,而且每組計算中,又根據(jù)基底彈性模量的不同分為三種情況計算,并在這三種情況中間進行對比。在計算的過程中,得到了薄膜基底復(fù)合結(jié)構(gòu)的三種變形模式。當基底柔性比較大的時候,薄膜在缺口處形成了一個頸縮,基底也因此在薄膜頸縮附近發(fā)生了局部扭曲。正像線性攝動分析預(yù)測的那樣,柔性大的基底不抑制金屬薄膜內(nèi)的應(yīng)變。當基底的彈性處于中等狀態(tài)的時候,金屬薄膜形成多個頸縮,并承受較

3、大的拉伸應(yīng)變,然后在缺口處斷裂。當基底剛性比較大的時候,金屬薄膜可以在很大的應(yīng)變范圍內(nèi)均勻的變形而不斷裂。在基底楊氏模量相同的情況下,基底越厚,薄膜基底復(fù)合結(jié)構(gòu)的臨界分叉應(yīng)變就越大。為了研究薄膜基底界面粘附性能對復(fù)合結(jié)構(gòu)拉伸性能的影響,采用ABAQUS中的cohesive單元對薄膜基底界面進行了模擬。以兩個無量綱參數(shù)來描述界面的強度。計算發(fā)現(xiàn),界面的粘附性能不同,薄膜基底結(jié)構(gòu)的拉伸性能也不相同,計算結(jié)果得到了三種變形模式。并進一步的研究