【摘 要】
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薄膜失稳因其在工程实践和日常生活中普遍存在而受到广泛研究。利用薄膜失稳可以构造特定形貌的表面斑图,也可以通过压痕实验产生表面失稳从而得到材料的力学参数。然而,由于微
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薄膜失稳因其在工程实践和日常生活中普遍存在而受到广泛研究。利用薄膜失稳可以构造特定形貌的表面斑图,也可以通过压痕实验产生表面失稳从而得到材料的力学参数。然而,由于微纳米尺度下材料的力学性能表现出尺寸效应,因此,如何表征尺寸效应成为研究的重点;另一方面,研究如何通过实验测定材料的尺寸效应也十分重要。同时,目前大量的研究集中在液滴的毛细力作用下薄膜的屈曲失稳,对于压头作用下的薄膜失稳,现在还缺乏相关的理论研究。 因此,针对上述现状,本文首先基于能量变分原理,利用线性扰动分析,在考虑界面滑移和表面能的情况下,研究了薄膜基底系统失稳的临界应变与材料参数之间的关系。发现基底的泊松比与界面的相对滑移对临界应变几乎没有影响,因此为了简化模型,本文可以假定薄膜与基底完好粘接且基底为不可压缩材料。然而,当薄膜厚度仅几个纳米时,表/界面效应会对薄膜失稳的临界波长产生显著影响;此外,本文还为利用薄膜在软基底上的屈曲失稳测量材料的表/界面参数提供了可靠的方法。 之后,本文基于冯卡门板理论,在考虑压头与薄膜之间的粘着效应的情况下,分别利用摄动法、力矩不连续法得到了薄膜失稳前的应力和位移;在不考虑粘着效应的情况下,利用薄膜理论得到了薄膜失稳前的应力和位移。然后基于力矩不连续法,利用WKB法研究了薄膜失稳波数与压头压力之间的关系。本文发现,当压力较小时,WKB法与薄膜理论得到的结果相差较大。究其原因,本文认为一方面是薄膜理论忽略了薄膜的弯曲项;另一方面是薄膜理论没有考虑压头与薄膜之间的粘着效应。
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