[發明專利]一種平底圓柱體鼓泡試驗中鼓泡薄膜彈性能的測量方法

無效

• 申請號: 201410111013.6
• 申請日: 2014-03-24
• 公開（公告）號: CN103822822A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 孫俊貽;何曉婷;鄭周練;蔡珍紅;曹亮;練永盛;錢少華
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N1/28
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 穆祥維

技術領域

本發明涉及平底圓柱體鼓泡試驗中鼓泡薄膜彈性能的測試技術。

背景技術

薄膜/基層體系在機械、電子、生物工程等領域有著廣泛的應用，表面薄膜楊氏彈性模量、泊松比、殘余應力和膜/基界面粘附強度的精確測試，對結構的穩定性、可靠性和耐久性分析具有重要的力學意義，因而各種方法被用來測試這些力學性質。

常規的測試方法主要有:①采用單向微拉伸、梁彎曲、靜壓鼓泡（膨脹）、軸載鼓泡、超聲波速、共振頻率、壓痕、X射線衍射、光學熒光、拉曼光譜等測試方法，獲取表面薄膜彈性模量、泊松比和殘余應力的信息。②采用垂直拉拔、水平力矩、超速離心、超音速振動、透明膠帶、剝皮、剪切、刮擦、靜壓鼓泡（膨脹）、軸載鼓泡、化學溶解熱、X射線、懸臂梁等測試方法，獲取膜/基界面粘附強度的信息。然而，要實現膜/基界面粘附強度的精確測試，則必須首先要實現儲存在鼓泡薄膜中的彈性能的精確測試。

應該指出，既然所測試的對象是一些力學參量，因此采用一些機械的方法(即通過一個宏觀力學過程)所獲得的測試結果，較之采用聲、光等方法，要來得直觀。本發明基于宏觀彈性力學行為具有直觀性的考慮，采用軸加載鼓泡的方法實現膜/基分層，進而研究儲存在鼓泡薄膜中的彈性能的測試技術。

軸加載鼓泡較之于靜壓加載鼓泡，在膜/基分層控制方面具有一定的優勢，然而現有軸加載鼓泡測試技術，由于沒有給出鼓泡薄膜靜力平衡問題的精確解答，因而不能夠實現鼓泡薄膜彈性能的精確測試。

發明內容

為了能夠獲得鼓泡薄膜靜力平衡問題的精確解答，以克服現有測試技術的不足之處，本發明采用一個帶有無摩擦平底的任意半徑的圓柱體作為加載軸，實現膜/基分層。如圖1所示，在薄膜/基層體系的基層上開一個貫穿基層的半徑為d的小孔，采用一個半徑為b的無摩擦平底圓柱體作為加載軸，通過基層上的小孔對包衣薄膜施加載荷F，使厚度為h、彈性模量為E、泊松比為ν的包衣薄膜脫離基層，并形成一個半徑為a的穩定鼓泡，其中b<d。在加載過程中，由于軸/膜接觸部分的薄膜始終處于平面拉伸狀態，因此，軸/膜接觸部分實際上是個薄膜的平面拉伸變形問題，而剩余薄膜的變形問題，實際上是個環形薄膜的變形問題，這樣，整個鼓泡薄膜的變形問題就容易被解析處理。

利用這個穩定鼓泡在半徑r=b處的鼓泡撓度測量值w_b，并記α=b/a，精確解答這個鼓泡薄膜的靜力平衡問題，容易得到：

①如果

4=(1+ν)(3-α²),

則鼓泡薄膜儲存的彈性能為

U=πhE22a2[(3-α2)1/3-(2α2)1/3]3wb4]]>

其中π是圓周率;

②如果

(1+ν)(3-α²)<4

則鼓泡薄膜儲存的彈性能為

其中，π是圓周率，和的值由公式

和

確定；

③如果

(1+ν)(3-α²)>4

則鼓泡薄膜儲存的彈性能為

其中，π是圓周率，和的值由公式