纳米薄膜在交变载荷作用下屈曲行为的实验研究

摘要

由于薄膜元件及结构被广泛应用于各类工程系统，薄膜屈曲研究对于优化MEMS器件的设计等及改善他们的寿命和可靠性非常重要，在静载荷下薄膜屈曲的理论和实验的研究已作出了不少成果，但是实际使用时薄膜器件与薄膜一基底结构大多是工作在动态加载的情况下，静载荷下的屈曲理论对于动态负载工作时应用有所限制。随着薄膜器件在重复的动态负载和疲劳载荷使用下的情形越来越多，膜基结构的疲劳寿命成为受到广为关注的一个重要课题，其中，研究疲劳载荷下的薄膜的屈曲又是特别重要的。
　　 在本论文中，完成了关于对疲劳载荷下的薄膜屈曲的实验。实验中，基于压电陶瓷，通过整合力-位移测量系统的疲劳加载装置对沉积在PMMA基底的金属薄膜进行疲劳性载荷的加载，并通过光学显微镜记录了直线屈曲的扩展过程，加载周期控制在105～106次。薄膜中累积的屈曲和扩展的过程是由CCD相机拍摄和记录。通过使用数字图像相关测量方法，对不同时序图像进行分析，得出屈曲的扩展变化。通过若干组对照试验，我们分析了如膜的厚度，周期时间，膜的材料和屈曲等参数之间的关系。这项工作主要对在疲劳载荷下薄膜屈曲的扩展问题进行了一些初步研究，随着更多和更好的实验，对薄膜屈曲的研究可能进行的会更加深入。