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薄膜杨氏弹性模量及泊松比的测试理论研究

耿欢欢  
【摘要】:薄膜在许多先进技术中有着广泛的应用。电子和生物材料的飞速发展,需要对许多超薄膜给出精细的力学表征,以便对薄层结构的力学行为有一个更好的理解,从而确保结构的可靠性、结构稳定性以及耐久性等。因此,各种试验技术,被广泛用来测试薄膜的力学特性。然而,这些技术目前还不同程度地存在着一些尚未完善的地方,它们影响着对薄层结构力学性能的正确评价,迫切需要解决其中的一些关键科技问题。因此,进一步的研究工作是有意义的。 本文巧妙地利用周边夹紧的圆薄膜在均布荷载作用下的精确解析解,提出了一种薄膜杨氏弹性模量及泊松比的几何测试方法,该方法可同时确定独立薄膜或者包衣薄膜的杨氏弹性模量和泊松比,具有简单、可靠、不涉及基层效应等优点。此外,针对现有包衣薄膜杨氏弹性模量及泊松比测试技术中的加载控制问题,本课题给出了一套静压鼓泡试验加载控制装置新技术方案。利用该加载装置,不仅可以实现包衣薄膜材料的鼓泡试验,而且还可以实现独立薄膜材料的膨胀试验。 论文主要有六个章节和一般性结论组成: 第一章简要介绍了本课题的主要研究内容,现有薄膜杨氏弹性模量和泊松比测试技术的国内外研究现状以及这些测试技术的特点,本文的特色、创新之处和几何测试技术的应用价值。 第二章主要介绍了本文所提的薄膜杨氏弹性模量和泊松比的几何测试法所用到的基本理论,以及压痕法、弯曲法所用到的基本理论。 第三章主要详细介绍弯曲法、压痕法、鼓泡法、X射线衍射和激光曲率结合法的基本力学模型,公式推导过程,以及一些学者利用这些测量公式所测得的一些薄膜的杨氏弹性模量值,并分析了这些方法的优缺点。 第四章主要研究了鼓泡试验技术国内外研究现状,提出了薄膜杨氏弹性模量和泊松比的几何测试方法,并研制出了一种新的试验加载装置,设计出了试验测试系统。该加载装置不仅可以实现独立薄膜的膨胀试验,而且还可以实现无残余应力包衣薄膜的鼓泡试验,并给出了测试流程。 第五章主要给出了几何测量法的优点,并与现有测试技术做了比较。 第六章给出了本文的主要结论与研究展望。 本文工作对薄膜力学表征研究具有一定的理论意义。


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