【摘要】：薄膜-基底結構廣泛存在于自然界和工程領域中,對于這類結構表面失穩(wěn)問題的研究有助于防止相關工程結構失效、拓展膜-基系統在現代科技中的應用及揭示自然界中膜-基復合結構表面形貌形成等。本文選取彈性薄膜-液體基底系統作為研究對象,對平面壓縮載荷作用下帶有缺陷的薄膜的失穩(wěn)行為和形貌演化過程進行了系統的力學研究。首先,建立理論模型分析了非均勻薄膜失穩(wěn)的初始屈曲載荷,并利用有限元方法模擬了非均勻彈性薄膜-液體基底系統的動態(tài)屈曲過程,重點討論了薄膜缺陷部分的幾何形狀和材料屬性對初始屈曲載荷和失穩(wěn)形貌的影響。結果表明:缺陷部分的長度、位置和彈性模量對初始屈曲載荷均有重要影響,當彈性模量比小于和大于1時,缺陷部分長度的改變對薄膜失穩(wěn)的初始屈曲載荷有著截然相反的影響結果;隨著缺陷部分的位置向薄膜中心移動,初始屈曲載荷隨之減小并逐漸趨于穩(wěn)定;在一定范圍內,隨著彈性模量比的增加,薄膜失穩(wěn)的初始屈曲載荷也隨之增加。另外,上述缺陷參數的改變在非均勻薄膜的失穩(wěn)形貌演化中也起著重要作用,當彈性模量比小于1時,整個失穩(wěn)過程只在缺陷部分所處的位置產生局部失穩(wěn)形貌,而缺陷部分的長度決定了形貌的對稱性和反對稱性;當彈性模量比大于1時,整個失穩(wěn)過程會發(fā)生初始全局失穩(wěn)和二次局部失穩(wěn),缺陷部分的長度會影響全局失穩(wěn)形貌的幅值,而二次局部失穩(wěn)形貌會在薄膜中距離缺陷部分較遠的一端產生。其次,通過自制實驗裝置,實驗研究了帶有預制缺陷的聚酯薄膜在水表面的失穩(wěn)行為,主要關注薄膜不同的缺陷參數對失穩(wěn)形貌的影響。實驗結果與數值模擬結果基本一致。最后,根據特殊表面形貌復制和硬膜-軟基底系統表面失穩(wěn)原理提出了制備具有毫-微米級失穩(wěn)形貌特征表面的方法,同時結合表面噴涂納米顆粒方法成功制備出了具有多級形貌的超疏水表面。實驗結果發(fā)現:相比沒有微形貌的樣品表面,具有微形貌的正弦硅橡膠樣品表面的疏水性能有顯著提高,并且由于樣品的正弦形貌使其表面形成的微形貌有所差異,從而在樣品表面的不同位置得到了不同的疏水接觸角。本文的研究工作可以為液體表面薄膜失穩(wěn)形貌的優(yōu)化設計提供指導,有助于更好地理解一些生物組織的形態(tài)現象,并為特定特殊形貌薄膜的制備提供途徑。
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2
【圖文】：

西南科技大學碩士研究生學位論文 的作用使得軟膜表面產生失穩(wěn)。Huang 等[25]通過對軟膜表析得到了薄膜的彈性模量。當然，這些存在于膜-基系統表生不利的影響，例如在一些傳統工程結構中（如鐵路、汽皺會導致結構破壞和失效，應避免其發(fā)生[26-27]。黃等[28]提法在壓縮條件下抑制或者推遲了雙層基底-薄膜的表面失穩(wěn)與超彈性薄膜構成的膜-基系統中，上層薄膜可壓縮至 46%�？紤]到壓縮和拉伸同等重要性，該方法也為延展性電子種新思路。因此，在研究過程中重要的是要理解薄膜起皺實際應用需要更可靠地控制和優(yōu)化褶皺。

膜-基系統表面失穩(wěn)在現代科技中的應用：(a)、(b)分別為多級結實驗實現[16]；(c)表面褶皺的光子晶體結構[17]；(d)類蜂窩狀透鏡陣柔性電子；(f)材料性質測量[24]Application of surface instability of film-substrate sience and technology:(a)、(b) Numerical simulation[15] and extation[16] of multistage structures, respectively;(c) Photone of surface folds[17];(d) A honeycomb like lens array[19];(eelectrons;(f) Measurement of material properties[24]內外研究現狀個世紀以來，科研工作者們在膜-基系統褶皺的產生和演化的科研成果。1998 年，Bowden 等[8]在 Nature 上發(fā)表了對基底上薄膜失穩(wěn)形貌的報道。這一報道引起了很多學者對形貌的關注，并致力于解釋膜-基系統表面失穩(wěn)形貌的形

二次方程；Audoly 等[41]研究了在平行于薄膜的面內單向壓縮情況下，漂浮在液體基底上的二維彈性薄膜的屈曲行為，通過線性穩(wěn)定性分析預測了在達到臨界壓縮量時彈性體從正弦褶皺屈曲向局部折疊屈曲轉變的過程，得到了失穩(wěn)形貌的非線性振幅方程并且和非線性彈性基底上桿的局部屈曲的經典問題進行了類比；Oshri 等[42]在理論上得到了液體表面有限長薄膜在褶皺狀態(tài)周期性變形的精確解和在局部折疊狀態(tài)的近似解，并且計算出了這兩種狀態(tài)轉變時的臨界約束，2/FL ，如圖 1-3 所示；Brau 等[43]在 2013 年研究了硬膜分別在液體基底和彈性基底上的失穩(wěn)過程，探討了不同基底對薄膜從周期褶皺形貌向局部折疊形貌轉變的影響，分析比對了兩種系統下的物理和數學關系，從而得到了不同基底下薄膜失穩(wěn)的初始波長和臨界載荷值；Rivetti 等[44]對膜-基系統失穩(wěn)中液體基底的強度和薄膜兩端的位移加載的改變進行了整體的研究，計算出了膜-基系統平衡和穩(wěn)定的解決方案，揭示了薄膜的二次分叉在局部折疊過程中所扮演的重要角色，分析了后屈曲的解決方案并闡明了局部折疊形貌形成機制，以及在文章最后得到了問題的近似解析解。

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3 程逢知;;彈性薄膜包裝香煙[J];包裝研究資料;1981年02期

4 張文,趙大慶;透明彈性薄膜調節(jié)可見光透射比的試驗研究[J];太陽能學報;2003年06期

5 黃春陽;唐山;彭向和;;超彈性薄膜與可壓縮基底雙層結構表面失穩(wěn)分析[J];力學學報;2017年04期

6 翁鳴;各種用途的彈性薄膜[J];國際紡織導報;2005年03期

7 格里·C·班廷;以新換舊——用獨立通風籠盒(IVC)取代彈性薄膜隔離器[J];實驗動物科學與管理;2003年S1期

8 ;連續(xù)玻璃彈性薄膜的試制[J];矽酸鹽;1959年03期

9 金仲輝;;為什么水滴是球體的形狀[J];中學生數理化(八年級物理)(配合人教社教材);2013年Z2期

10 孫立紅;劉寶良;;彈性薄膜—基底結構界面裂紋的能量釋放率[J];黑龍江科技學院學報;2010年03期

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2 李顯方;;半黏性接觸的彈性薄膜層上的集中力作用下的近似Green函數[A];中國力學學會學術大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

3 謝宇新;;介電彈性薄膜力電耦合作用下的分岔分析[A];中國力學大會-2015論文摘要集[C];2015年

4 任偉;矯源;黃紅軍;;一種新型防彈玻璃的研究[A];2008全國功能材料科技與產業(yè)高層論壇論文集[C];2008年

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1 黃殿武;表面應力對微結構元件力學行為的影響[D];中國科學技術大學;2006年

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5 邱晨曦;數字化量可控細胞顯微注射儀實驗研究[D];南京理工大學;2005年

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本文編號：2795418