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波浪形界面对膜基系统拉伸断裂影响的有限元研究

2020-12-08阅读(320)

波浪形界面对膜基系统拉伸断裂影响的有限元研究

论文摘要

薄膜基体系统结构的性能和可靠性很大程度上取决于薄膜的粘合强度和抗断裂性能,关于薄膜强度和断裂的建模技术为薄膜基体系统的分析提供了重要基础。本论文拟研究膜基系统在单轴拉伸作用下薄膜表面裂纹的起始以及扩展情况,以断裂力学和扩展有限元法作为理论基础,对计算模型进行ABAQUS数值模拟并进行分析研究。分析结果有利于提高许多电子和机械设备的质量和可靠性。本文研究介绍和分析了如下方面的情况:（1）对薄膜基体系统的概念做了简要概述,并且归纳总结了国内外对薄膜拉伸断裂问题的研究以及对裂纹的计算机模拟的历史。（2）归纳总结了力学基本的断裂准则、断裂力学的历史以及薄膜基体开裂的理论分析,同时介绍了ABAQUS和扩展有限元的基本理论知识。（3）拟初步考虑在没有粘结情况下有剥落产生时,比较平整界面与波浪形界面不同的界面类型对膜基系统结构强度和拉伸性能的影响;之后,以膜基系统工程实际应用为背景,在平整界面与波浪形界面膜基系统基础上,建立含有不同界面连接缺陷的物理模型,探究界面连接缺陷对膜基系统裂纹启裂以及扩展的影响。（4）利用ABAQUS建立薄膜基体系统,模拟了平整界面和波浪形界面在单轴拉伸作用下薄膜断裂的情况,输出模拟后的数据,并借助Origin软件绘制出相关曲线来分析平整界面与波浪形界面在裂纹启裂、扩展和贯穿等方面的异同,最终总结波浪形界面的抗拉伸能力以及对实际工程应用的价值。通过分析得出了以下结论:通过比较荷载-位移曲线和应力-应变曲线,可以看出波浪形界面膜基系统相较于平整界面有着更好的拉伸性能;波浪形界面裂纹大都产生在波谷位置且波谷应力大于波峰应力;对于含有界面缺陷的平整界面膜基系统,起始裂纹在缺陷处产生,膜基系统的结构强度随着缺陷长度的增加而降低。对于波浪形界面膜基系统,发现裂纹未在缺陷处产生,而在波谷的位置产生裂纹,缺陷并未对波浪形界面开裂位置产生影响;控制容许误差的值可控制裂纹生成的条数,当容许误差值较大时,裂纹数也相应增加,容许误差值小时,裂纹条数也会减少。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 国内外文献综述
  •     1.2.1 国内膜基系统的裂纹研究
  •     1.2.2 国外裂纹模拟的历史和研究
  •   1.3 论文的研究思路及主要内容
  • 第二章 断裂力学中的断裂准则和扩展有限元的理论
  •   2.1 断裂力学的理论简介
  •     2.1.1 线弹性断裂力学
  •     2.1.2 弹塑性断裂力学
  •     2.1.3 断裂动力学
  •     2.1.4 格里菲斯能量关系式
  •   2.2 断裂力学相关的强度准则理论
  •     2.2.1 脆性材料的断裂准则
  •     2.2.2 弹塑性材料的断裂准则
  •     2.2.3 统一断裂准则
  •     2.2.4 牵引—分离准则
  •   2.3 几种常见非线性材料的力学特性
  •     2.3.1 塑性材料
  •     2.3.2 超弹性材料
  •     2.3.3 黏弹性材料
  •   2.4 扩展有限元在ABAQUS的应用
  •     2.4.1 ABAQUS中四种模拟裂纹技术的简介
  •     2.4.2 扩展有限元在裂缝研究方面的使用和发展前景
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 薄膜-基体系统开裂的理论分析
  •   3.1 双材料系统的断裂力学概念
  •   3.2 薄膜基体系统的一般加载概念
  •   3.3 仅在薄膜上加载的薄膜基体系统
  •   3.4 界面裂纹的类型
  •     3.4.1 屈曲分层
  •     3.4.2 边缘分层
  •   3.5 其他裂纹图案
  •     3.5.1 薄膜表面开裂和裂纹通道
  •     3.5.2 基体尖端的薄膜裂纹和薄膜脱落
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 波浪形界面膜基系统模型在ABAQUS中的建立和模拟分析
  •   4.1 薄膜基体系统的建立
  •     4.1.1 部件模块的建立
  •     4.1.2 材料属性模块中的操作
  •     4.1.3 分析步模块的设置
  •     4.1.4 相互作用模块中的操作
  •     4.1.5 载荷模块的设置
  •     4.1.6 网格模块的设置
  •   4.2 薄膜基体系统模型的分析结果
  •     4.2.1 平整界面与波浪形界面的裂纹扩展情况对比
  •     4.2.2 模拟数据的分析
  •   4.3 界面缺陷对膜基系统裂纹产生的影响
  •     4.3.1 界面缺陷对平整界面膜基系统的影响
  •     4.3.2 界面缺陷对波浪形界面膜基系统的影响
  •     4.3.3 模拟数据的分析
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 结论和展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 后续研究工作及展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 攻读学位期间发表的学术论文

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 周东旭

    导师: 周东

    关键词: 拉伸断裂,裂缝,扩展有限元,薄膜基体系统

    来源: 重庆交通大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

    专业: 力学,材料科学,工业通用技术及设备

    单位: 重庆交通大学

    分类号: TB383.2;O346.1

    DOI: 10.27671/d.cnki.gcjtc.2019.000808

    总页数: 85

    文件大小: 10791K

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