[发明专利]一种平底圆柱体鼓泡试验中鼓泡薄膜弹性能的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及平底圆柱体鼓泡试验中鼓泡薄膜弹性能的测试技术。

背景技术

薄膜/基层体系在机械、电子、生物工程等领域有着广泛的应用，表面薄膜杨氏弹性模量、泊松比、残余应力和膜/基界面粘附强度的精确测试，对结构的稳定性、可靠性和耐久性分析具有重要的力学意义，因而各种方法被用来测试这些力学性质。

常规的测试方法主要有:①采用单向微拉伸、梁弯曲、静压鼓泡（膨胀）、轴载鼓泡、超声波速、共振频率、压痕、X射线衍射、光学荧光、拉曼光谱等测试方法，获取表面薄膜弹性模量、泊松比和残余应力的信息。②采用垂直拉拔、水平力矩、超速离心、超音速振动、透明胶带、剥皮、剪切、刮擦、静压鼓泡（膨胀）、轴载鼓泡、化学溶解热、X射线、悬臂梁等测试方法，获取膜/基界面粘附强度的信息。然而，要实现膜/基界面粘附强度的精确测试，则必须首先要实现储存在鼓泡薄膜中的弹性能的精确测试。

应该指出，既然所测试的对象是一些力学参量，因此采用一些机械的方法(即通过一个宏观力学过程)所获得的测试结果，较之采用声、光等方法，要来得直观。本发明基于宏观弹性力学行为具有直观性的考虑，采用轴加载鼓泡的方法实现膜/基分层，进而研究储存在鼓泡薄膜中的弹性能的测试技术。

轴加载鼓泡较之于静压加载鼓泡，在膜/基分层控制方面具有一定的优势，然而现有轴加载鼓泡测试技术，由于没有给出鼓泡薄膜静力平衡问题的精确解答，因而不能够实现鼓泡薄膜弹性能的精确测试。

发明内容

为了能够获得鼓泡薄膜静力平衡问题的精确解答，以克服现有测试技术的不足之处，本发明采用一个带有无摩擦平底的任意半径的圆柱体作为加载轴，实现膜/基分层。如图1所示，在薄膜/基层体系的基层上开一个贯穿基层的半径为d的小孔，采用一个半径为b的无摩擦平底圆柱体作为加载轴，通过基层上的小孔对包衣薄膜施加载荷F，使厚度为h、弹性模量为E、泊松比为ν的包衣薄膜脱离基层，并形成一个半径为a的稳定鼓泡，其中b<d。在加载过程中，由于轴/膜接触部分的薄膜始终处于平面拉伸状态，因此，轴/膜接触部分实际上是个薄膜的平面拉伸变形问题，而剩余薄膜的变形问题，实际上是个环形薄膜的变形问题，这样，整个鼓泡薄膜的变形问题就容易被解析处理。

利用这个稳定鼓泡在半径r=b处的鼓泡挠度测量值w_b，并记α=b/a，精确解答这个鼓泡薄膜的静力平衡问题，容易得到：

①如果

4=(1+ν)(3-α²),

则鼓泡薄膜储存的弹性能为

U=πhE22a2[(3-α2)1/3-(2α2)1/3]3wb4]]>

其中π是圆周率;

②如果

(1+ν)(3-α²)<4

则鼓泡薄膜储存的弹性能为

其中，π是圆周率，和的值由公式

和

确定；

③如果

(1+ν)(3-α²)>4

则鼓泡薄膜储存的弹性能为

其中，π是圆周率，和的值由公式