含过渡层柔性薄膜脱粘屈曲的研究

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1、天津大学硕士学位论文含过渡层柔性薄膜脱粘屈曲的研究TheStudyoftheDebondandBucklingofSoftSubstrateInterlayerFilm一级学科：力学学科专业：固体力学作者姓名：李媛指导教师：李林安教授天津大学机械工程学院二零一五年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论

2、文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要薄膜材料的应用范围随着科技的发展日益扩展，可以应用在航空航天、光学、微机电系统、检测等多个领域。但是由于薄膜在实际工程中所处环境复杂多变，受到外界载荷的影响，薄膜结构会出现薄膜屈曲、断裂、

3、脱粘等损伤模式，破坏了膜/基结构界面，影响薄膜的使用寿命。经过研究发现，加入过渡层薄膜会对薄膜会对薄膜系统产生影响，值得更加深入的研究过渡层对薄膜基底系统的影响。本文主要针对含过渡层柔性薄膜进行实验与数值分析，基于薄膜在压缩载荷作用下产生屈曲脱粘的失稳现象，对含过渡层薄膜的界面性能及力学性能进行研究；还针对薄膜在残余应力作用下自发脱粘失稳进行理论分析。对含过渡层金属薄膜进行了实验研究。利用磁控溅射法在有机玻璃基底上沉积出单层金属薄膜和以铝膜为过渡层的薄膜，将这两类试件放置于在单轴压缩加载装置进行原位观测，观察薄膜表面直线型屈曲的生成和扩展过程，总结探究含中间层薄膜的加入、薄膜厚

4、度对产生屈曲的临界外力、屈曲宽度和屈曲密度的影响。而后对薄膜进行卸载研究，观察到了卸载过程中直线型屈曲模式转化为电话线型屈曲，后转化为泡状屈曲。依据薄膜Euler失稳的理论，对含过渡层薄膜产生脱粘屈曲的能量释放率进行理论求解，并将能量释放率进行归一化处理。利用实验数据，对薄膜的归一化能量释放率进行数值计算，探究规律：当归一化能量释放率值相等时，过渡层薄膜的厚度越厚，基底的应变值越小，即基底所受应力值越小。还对对含过渡层薄膜受压缩载荷条件下，分析应力传递规律，求出薄膜表面的切应力，分析切应力对薄膜脱粘的影响。由于薄膜在制备过程中产生了等双轴状态的残余应力，残余应力会诱发薄膜自发的

5、脱粘形成界面裂纹。通过建立理论模型，求解归一化薄膜脱粘的能量释放率。讨论薄膜材料参数，薄膜厚度对归一化能量释放率的影响。对含过渡层薄膜的脱粘屈曲的上述研究，为进一步了解和研究含过渡层薄膜的力学性能提供了技术和方法。关键词：含过渡层薄膜；脱粘；屈曲；力学性能IAbstractWiththedevelopmentoftechnology,theapplicationofmembranematerialsisbecomingwider,suchasaerospace,opticsandmicroelectrical.Membraneswillbedamagedduetotheinfl

6、uenceofexternalloadincomplexengineeringsituation.Thefailuremodes,includingfilmfracture,delaminationandbucklingshortenthelifeoffilm.Studiesofsoftsubstrateinterlayerfilmshowthattheinterlayerfilmwillaffectthepropertiesofathinfilmsystem.Thusstudyingtheeffectofthetransitionlayeronthefilmbasesyste

7、mwillbebeneficial.Inthisthesis,theinterfacialpropertiesandmechanicalpropertiesofthefilmswithinterlayerfilmarestudiedbyexperimentalandnumericalanalysis.Basedonthebucklinganddebondingofthefilmundercompressivestress,theinterfacialpropertiesandmechanic