基于辛Runge-Kutta方法的棋盤形褶皺二維薄膜-基底結構動力學特性研究

張博涵, 曹善成, 王 博,4, 歐陽華江, 徐方暖

(1.西北工業大學 工程力學系,西安 710072;2.西北工業大學 航天學院,西安 710072;3.西南交通大學 機械工程學院, 成都 610031;4.大連理工大學 工業裝備結構分析優化與CAE軟件全國重點實驗室,大連 116024)

1 引 言

基于力學屈曲原理[1]的無機可延展電子器件,既能保持無機功能電子器件優異的電學性能[2,3],還能使硬而脆的無機電子器件具備拉伸、壓縮、彎曲和扭曲等延展性能;因此,該類電子器件受到了學術界和工程領域專家學者們的廣泛關注?；诹W屈曲原理的薄膜-基底結構,是將剛性硬而脆的薄膜型功能電子器件層粘合在預拉伸的柔性基底上;然后,釋放掉柔性基底上的預拉伸應變后,薄膜中產生壓縮的殘余應變,致使薄膜結構在柔性基底上表面處發生褶皺變形[4]。

針對薄膜-基底結構的力學屈曲褶皺,已有大量的理論研究、實驗及有限元工作開展[5-9]。其中,實驗研究結果表明,當薄膜結構受到壓縮應變時,薄膜會在柔性基底表面形成一維波紋(1D wavy)、人字形波紋(herringbone wavy)和棋盤形波紋(checkerboard wavy)等三種類別的褶皺[10]。針對該類結構的失穩特性,文獻[11,12]從靜力學設計角度,研究了該類薄膜-基底結構失穩機理特性。然而,這類電子器件在應用過程中,不可避免會需要承受或者工作于復雜動態的環境中[13-15];準確評估該類結構動態力學行為是其從理論設計走向實際應用需要解決的問題之一。

針對存在一維波紋薄膜結構的動態力學行為,目前國內學者也開始關注?！?br>