周期性裂纹薄膜热弹性场的数值模拟及其影响因素

本文主要探讨了带有周期性裂纹的薄膜/基底系统在热弹性场中的行为。研究人员构建了一个二维平面模型，该模型考虑了温度荷载下的薄膜与基底之间的复杂交互作用。研究的关键参数包括薄膜与基底的弹性模量比以及它们各自的热膨胀系数。通过对这些参数进行数值模拟，分析了它们对薄膜的位移场和应力场的影响。 弹性模量比决定了材料的刚度差异，当这个比例增大时，薄膜相对于基底的变形响应会更明显。薄膜的热膨胀系数则影响了在温度变化下的尺寸变化，较大的系数会导致更大的热应力。研究发现，随着这些参数的增加，薄膜的轴向位移和轴向应力显著增加，反映出材料性能和几何形状对热弹性响应的直接影响。 此外，论文指出基底对薄膜的热弹性场起到了约束作用，因为基底的刚性和尺寸稳定性会影响薄膜内部的应力分布。边缘效应，即边缘区域的行为与中心区不同的现象，也在热弹性场中扮演了重要角色。在某些情况下，特别是在薄膜与基底的弹性性质存在较大差异或者接近薄膜边缘的地方，理论预测值可能无法精确地反映实际的热弹性场行为。 通过将有限元软件的模拟结果与理论值进行对比，研究得出结论，尽管理论模型在一般情况下能提供良好的预测，但在特定条件下，如弹性失配较大或靠近裂纹区域，模拟结果可能与实验数据有所偏差。这提醒我们在设计和分析类似系统时，需充分考虑这些因素的影响，以提高预测精度。 这项研究对于理解和控制周期性裂纹薄膜在热环境下的性能变化具有重要的工程应用价值，特别是在薄膜材料的制备、结构设计以及材料性能优化等领域。