本文關(guān)鍵詞：基于鼓包法的薄膜應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表征，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著微納米技術(shù)的飛速發(fā)展,各種新材料不斷涌現(xiàn)。薄膜材料因其具有的特殊結(jié)構(gòu)和功能而得到廣泛應(yīng)用。在實際應(yīng)用中,薄膜元器件所處的復(fù)雜服役環(huán)境常常導(dǎo)致其應(yīng)力和應(yīng)變失配而產(chǎn)生開裂、剝落等現(xiàn)象。材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以直觀的表示出材料的彈塑性變形規(guī)律,在工程上具有重要的指導(dǎo)作用。因此,研究薄膜材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的表征方法是非常有必要的。鼓包法是少數(shù)能夠通過一次鼓包實驗同時得到薄膜材料的彈性模量、殘余應(yīng)力、界面結(jié)合能等力學(xué)參數(shù)的表征方法之一�，F(xiàn)有的鼓包測試模型主要針對的是薄膜材料的彈性模量、殘余應(yīng)力和界面結(jié)合能等參數(shù),對薄膜材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進行的相關(guān)研究工作較少。本文首先基于鼓包法分析了薄膜的彈性模量求解方法,然后對小撓度下薄膜的應(yīng)力場進行了理論分析,得出薄膜的屈服強度,最后推導(dǎo)了鼓包法表征薄膜應(yīng)變硬化指數(shù)的理論模型并通過有限元軟件對其進行了驗證。綜合這三個力學(xué)參數(shù)結(jié)合彈塑性本構(gòu)方程得到了鎳薄膜的應(yīng)力應(yīng)變曲線。主要的研究內(nèi)容如下:(1)分別對表征薄膜應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的三個參數(shù):彈性模量、屈服強度和應(yīng)變硬化指數(shù)進行了理論分析。首先研究了目前應(yīng)用較為廣泛的基于鼓包法的測量薄膜材料彈性模量的理論模型,在這些理論模型的基礎(chǔ)上提出了小撓度下測量薄膜屈服強度的方法,根據(jù)壓力與中心點撓度的關(guān)系,得出薄膜的彈性模量,然后從小撓度變形理論出發(fā)得出了薄膜變形的應(yīng)力場,并分析了如何根據(jù)此應(yīng)力場去求解薄膜的屈服強度,最后推導(dǎo)了基于鼓包法求解薄膜材料應(yīng)變硬化指數(shù)的理論模型。(2)用本課題自行研制的鼓包裝置進行鼓包實驗,結(jié)合第二章提出的小撓度變形理論模型得出鎳薄膜的彈性模量和屈服強度,并將其結(jié)果與同種材料下的拉伸結(jié)果進行了比較。將自由鎳膜粘接到基底上的方式制備鼓包樣品,進行了多組鼓包實驗,得出的結(jié)果與拉伸實驗的結(jié)果吻合的很好,說明用該方法測量薄膜的力學(xué)性能是可行的。(3)建立三維有限元鼓包模型,模擬鼓包實驗過程,結(jié)合鼓包實驗對鎳膜的應(yīng)變硬化指數(shù)進行表征,最后給出了鎳膜的應(yīng)力應(yīng)變曲線。首先通過前面測得的鎳膜的屈服強度對該模型的正確性進行了驗證,然后結(jié)合鼓包實驗和該模型對鎳膜的應(yīng)變硬化指數(shù)進行了表征,并通過理論分析結(jié)合鼓包實驗對該結(jié)果進行了驗證。最后綜合其彈性模量、屈服強度和應(yīng)變硬化指數(shù)應(yīng)用彈塑性本構(gòu)方程,得出了鎳薄膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。本文基于鼓包法結(jié)合理論分析、實驗測試和有限元模擬對薄膜材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系進行了表征。該研究成果為薄膜材料力學(xué)性能的準確測量提供了依據(jù),為薄膜材料的應(yīng)用提供了指導(dǎo)作用,具有非常重要的意義。
【關(guān)鍵詞】：鼓包法 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系 力學(xué)性能 鎳薄膜 有限元模擬
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 薄膜材料簡介9-10
• 1.1.1 薄膜材料概述9
• 1.1.2 薄膜材料的應(yīng)用9-10
• 1.1.3 薄膜材料力學(xué)性能10
• 1.2 薄膜材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表征方法10-14
• 1.2.1 拉伸法11-12
• 1.2.2 納米壓痕法12-14
• 1.3 鼓包法14-16
• 1.4 有限元軟件ABAQUS簡介16-18
• 1.5 本文的選題依據(jù)與主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 鼓包法表征薄膜應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的理論模型20-31
• 2.1 引言20-21
• 2.2 鼓包法表征薄膜的彈性模量21-26
• 2.2.1 小撓度方形窗口膜21-24
• 2.2.2 小撓度圓形窗口膜24-26
• 2.3 鼓包法表征薄膜屈服強度26-28
• 2.3.1 小撓度圓形窗口膜的等效應(yīng)力場26-28
• 2.3.2 根據(jù)膜內(nèi)等效應(yīng)力場求薄膜屈服強度28
• 2.4 鼓包法表征薄膜應(yīng)變硬化指數(shù)28-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 小撓度下表征鎳膜的彈性模量和屈服強度31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 鼓包實驗31-36
• 3.2.1 鼓包實驗裝置概述31-33
• 3.2.2 實驗樣品的制備33-34
• 3.2.3 鼓包實驗過程34-35
• 3.2.4 實驗數(shù)據(jù)處理35-36
• 3.3 鼓包實驗結(jié)果分析36-41
• 3.3.1 鎳膜彈性模量和屈服強度的確定36-39
• 3.3.2 拉伸實驗驗證39-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 鼓包法表征鎳膜應(yīng)變硬化指數(shù)42-51
• 4.1 鼓包實驗的有限元模型42-44
• 4.1.1 三維有限元模型的建立42-44
• 4.1.2 數(shù)據(jù)處理流程44
• 4.2 有限元計算結(jié)果及分析44-48
• 4.2.1 有限元模型的驗證44-47
• 4.2.2 應(yīng)變硬化指數(shù)模擬求解47-48
• 4.3 基于理論推導(dǎo)和鼓包實驗求解鎳膜的應(yīng)變硬化指數(shù)48-49
• 4.4 應(yīng)力應(yīng)變曲線49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第5章 總結(jié)與展望51-53
• 5.1 論文總結(jié)51-52
• 5.2 工作展望52-53
• 參考文獻53-57
• 致謝57-58
• 附錄：個人簡歷、在校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果58

  本文關(guān)鍵詞：基于鼓包法的薄膜應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表征，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：504333