一種平底圓柱體鼓泡試驗(yàn)中鼓泡薄膜彈性能的測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種平底圓柱體鼓泡試驗(yàn)中鼓泡薄膜彈性能的測(cè)量方法：在薄膜/基層體系的基層上開(kāi)一個(gè)貫穿基層的半徑為d的小孔，采用一個(gè)半徑為b的無(wú)摩擦平底圓柱體作為加載軸，通過(guò)基層上的小孔對(duì)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(gè)半徑為a的穩(wěn)定鼓泡，其中b<d，基于這個(gè)穩(wěn)定鼓泡的靜力平衡分析，利用半徑r=b處的鼓泡撓度測(cè)量值wb，則可以準(zhǔn)確計(jì)算出鼓泡薄膜的彈性能U。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種平底圓柱體鼓泡試驗(yàn)中鼓泡薄膜彈性能的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及平底圓柱體鼓泡試驗(yàn)中鼓泡薄膜彈性能的測(cè)試技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜/基層體系在機(jī)械、電子、生物工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，表面薄膜楊氏彈性模量、泊松比、殘余應(yīng)力和膜/基界面粘附強(qiáng)度的精確測(cè)試，對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性和耐久性分析具有重要的力學(xué)意義，因而各種方法被用來(lái)測(cè)試這些力學(xué)性質(zhì)。
[0003]常規(guī)的測(cè)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(xué)熒光、拉曼光譜等測(cè)試方法，獲取表面薄膜彈性模量、泊松比和殘余應(yīng)力的信息。②采用垂直拉拔、水平力矩、超速離心、超音速振動(dòng)、透明膠帶、剝皮、剪切、刮擦、靜壓鼓泡(膨脹)、軸載鼓泡、化學(xué)溶解熱、X射線、懸臂梁等測(cè)試方法，獲取膜/基界面粘附強(qiáng)度的信息。然而，要實(shí)現(xiàn)膜/基界面粘附強(qiáng)度的精確測(cè)試，則必須首先要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存在鼓泡薄膜中的彈性能的精確測(cè)試。
[0004]應(yīng)該指出，既然所測(cè)試的對(duì)象是一些力學(xué)參量，因此采用一些機(jī)械的方法(即通過(guò)一個(gè)宏觀力學(xué)過(guò)程)所獲得的測(cè)試結(jié)果，較之采用聲、光等方法，要來(lái)得直觀。本發(fā)明基于宏觀彈性力學(xué)行為具有直觀性的考慮，采用軸加載鼓泡的方法實(shí)現(xiàn)膜/基分層，進(jìn)而研究?jī)?chǔ)存在鼓泡薄膜中的彈性能的測(cè)試技術(shù)。
[0005]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(yōu)勢(shì)，然而現(xiàn)有軸加載鼓泡測(cè)試技術(shù)，由于沒(méi)有給出鼓泡薄膜靜力平衡問(wèn)題的精確解答，因而不能夠?qū)崿F(xiàn)鼓泡薄膜彈性能的精確測(cè)試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了能夠獲得鼓泡薄膜靜力平衡問(wèn)題的精確解答，以克服現(xiàn)有測(cè)試技術(shù)的不足之處，本發(fā)明采用一個(gè)帶有無(wú)摩擦平底的任意半徑的圓柱體作為加載軸，實(shí)現(xiàn)膜/基分層。如圖1所示，在薄膜/基層體系的基層上開(kāi)一個(gè)貫穿基層的半徑為d的小孔，采用一個(gè)半徑為b的無(wú)摩擦平底圓柱體作為加載軸，通過(guò)基層上的小孔對(duì)包衣薄膜施加載荷F，使厚度為h、彈性模量為E、泊松比為V的包衣薄膜脫離基層，并形成一個(gè)半徑為a的穩(wěn)定鼓泡，其中b〈d。在加載過(guò)程中，由于軸/膜接觸部分的薄膜始終處于平面拉伸狀態(tài)，因此，軸/膜接觸部分實(shí)際上是個(gè)薄膜的平面拉伸變形問(wèn)題，而剩余薄膜的變形問(wèn)題，實(shí)際上是個(gè)環(huán)形薄膜的變形問(wèn)題，這樣，整個(gè)鼓泡薄膜的變形問(wèn)題就容易被解析處理。
[0007]利用這個(gè)穩(wěn)定鼓泡在半徑r=b處的鼓泡撓度測(cè)量值wb，并記a =b/a,精確解答這個(gè)鼓泡薄膜的靜力平衡問(wèn)題，容易得到:
[0008]①如果
[0009]4=(1+ ν) (3-α 2),
[0010]則鼓泡薄膜儲(chǔ)存的彈性能為
【權(quán)利要求】
1.一種平底圓柱體鼓泡試驗(yàn)中鼓泡薄膜彈性能的測(cè)量方法，其特征是:在薄膜/基層結(jié)構(gòu)的基層上開(kāi)一個(gè)貫穿基層的半徑為d的小孔，用一個(gè)半徑為b的無(wú)摩擦平底圓柱體作為加載軸，通過(guò)基層上的小孔對(duì)包衣薄膜施加載荷F，使厚度為h、彈性模量為E、泊松比為V的包衣薄膜脫離基層，并形成一個(gè)半徑為a的穩(wěn)定鼓泡，其中b〈d，準(zhǔn)確測(cè)量出這個(gè)穩(wěn)定鼓泡在半徑r=b處的撓度值wb，并記a =b/a,那么基于這個(gè)穩(wěn)定鼓泡的靜力平衡分析，儲(chǔ)存在鼓泡薄膜中的彈性能U，可以按照以下三種情形進(jìn)行計(jì)算確定: 情形①如果
【文檔編號(hào)】G01N3/00GK103822822SQ201410111013
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】孫俊貽, 何曉婷, 鄭周練, 蔡珍紅, 曹亮, 練永盛, 錢(qián)少華 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)