納米薄膜在沖擊載荷下屈曲的數(shù)值分析研究.pdf

1、固態(tài)的薄膜/基底結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于各種工程系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的多種功能。由于越來越多的實(shí)踐中都會(huì)接觸到薄膜/基底結(jié)構(gòu)，因此大量的學(xué)者對(duì)于薄膜/基底結(jié)構(gòu)的脫粘與屈曲問題也越來越感興趣，薄膜/基底結(jié)構(gòu)在靜態(tài)作用力下的屈曲問題已經(jīng)有了比較成熟的理論體系，動(dòng)態(tài)屈曲問題的理論研究則相對(duì)較少，因此本文的主要工作是研究在軸向沖擊力下，薄膜/基底結(jié)構(gòu)的屈曲局部分布的初步理論解釋。
　　考慮到薄膜/基底在尺寸上的巨大差異，將薄膜/基底結(jié)構(gòu)受到落錘沖擊

2、的模型，簡(jiǎn)化為落錘沖擊基底的模型，利用牛頓第二定律計(jì)算了基底頂端的位移隨時(shí)間的變化；同時(shí)利用有限元軟件模擬了上面的沖擊過程，將實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)和理論計(jì)算以及有限元模擬三者進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)三者在最大位移和沖擊持續(xù)時(shí)間上都比較接近。
　　接下來利用Tiersten模型，將薄膜看成是基底表面上的一個(gè)阻抗，原來的自由邊界條件變成非自由的，計(jì)算了在界面上傳播的Rayleigh類型波波速c。研究一端受到位移激勵(lì)，另一端趨向于無窮遠(yuǎn)處的薄膜/基

3、底結(jié)構(gòu)的位移和應(yīng)力響應(yīng)。由于是數(shù)值解法無法得到精確的表達(dá)式，通過數(shù)值計(jì)算得到相應(yīng)的界面處的u-t和xσ-t的曲線。由于數(shù)值計(jì)算的誤差，基底的位移最大值為0.272mm小于施加的激勵(lì)最大值0.3mm，誤差為9.3％。
　　由于雙層材料在界面端的應(yīng)力奇異性問題是不可回避的，因此需要研究薄膜/基底結(jié)構(gòu)這種特殊的雙層材料界面端的應(yīng)力分布和奇異性。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)界面端應(yīng)力在r→處趨向于無窮大，即界面端應(yīng)力存在奇異性，奇異區(qū)的范圍為0.0005