固体膜/液体膜/基底层合结构变形研究

来源 :同济大学航空航天与力学学院 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fy_laile
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在固体膜/液体膜/基底层合结构中,若固体薄膜具有压的本征应力,固体薄膜往往会发生褶皱或进而开裂破坏。本文讨论了该结构的稳定情况。假设了两种不同的固体薄膜变形单元,并通过能量的方法研究表明这两种不同的变形模式单元能同时存在,并通过不同的排列组合成复杂的图纹。以变形模式为基础,给出了固体薄膜中微缺陷扩展成裂纹的准则,并预测了产生开裂破坏的时间。 在微小结构中界面的不平整是不能忽略的,本文讨论了该结构中液体膜/基底间界面不平整对结构稳定性的影响,主要是对固体膜受压应力褶皱平衡的影响。采用摄动法考察了液体层较薄的情况下液体膜/基底之间界面不平整对固体薄膜/液体膜/基底层状结构能量及平衡稳定状态的影响。用一扰动函数模拟液体膜/基底间界面的不平整,分别采用正弦函数模型和分形中自仿射和峰状界面模型来模拟液体膜/基底之间的不平整界面。计算固体膜受力变形前后结构能量的变化,得出在液体膜/基底界面平整情况下的稳定状态在该界面不平整状态下可能成为不稳定状态,反之在液体膜/基底界面平整情况下的不稳定状态在该界面不平整状态下可能成为稳定状态;扰动函数的振幅越大,对结构平衡前后自由能的变化影响越大,进而对结构稳定性的影响越大。对于具有自仿射粗糙的界面,随着分形维的增大,临界波数由于界面粗糙而产生的变化越大,分形维增大到一定值时,其影响为一定值。对于具有峰状粗糙的界面,随着平均峰间距的增大临界波数由于界面粗糙而产生的变化越小;平均峰间距的增大到一定值时,其影响为一定值。 为了更直观地讨论界面不平整的情况,本文采用有限元方法,对结构的稳定性问题进行了讨论。采用正弦函数模型来模拟不平整的粘滞层/基底界面,对结构进行屈曲分析,得到各模态的失稳因子进而得到失稳力。比较可得不平整界面情况下,结构的平衡状态与假设该界面为理想平整面所得的结果有很大不同,在结构尺寸较小的情况下不可假设该界面为理想平整来考察该结构的稳定性。同时发现,界面的不平整对结构的等效Von Mises应力的分布和数值大小、各模态的变形、结构的失稳外力都有较大的影响。
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