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《彈性薄膜裂紋的應力強度因子分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、維普資訊http://www.cqvip.com第15卷第6期黑龍江科技學院學報V01．15No．62005年11月JournalofHeilongjiangInstituteofScience&TechnologyNov．2005文章編號：1671—0118(2005)06—0355—03彈性薄膜裂紋的應力強度因子分析劉寶良，閻龍海，劉彥彬(黑龍江科技學院數(shù)力系，哈爾濱150027)摘要：對裂紋垂直于薄膜與基底交界面，且尖端達到了交界面的情形進行分析?；贐euth理論，把模型簡化為平面應變問題。并通過有限元分析程序評價了具有裂紋的薄膜一基底結構
2、的斷裂機理，得到了薄膜與基底的不同彈性錯配及不同厚度比率對薄膜裂紋的應力強度因子的影響。結果表明：對于=O和,a=a／4的條件下，應力強度因子的幅值隨著值(一1<<+1)的增大而減小，其誤差小于5％。關鍵詞：薄膜_基底結構；裂紋；應力強度因子；有限元方法中圖分類號：TB121文獻標識碼：AAnalysisofstressintensityfactorofcrackofelasticf11mLIUBaoliang,YANLo~gh,,4LIUYanbin(Dept．ofMathematicsandMechanics，HeilongjiangInsti
3、tuteofScienceandTechnology，Harbin150027，China)Abstract：ThisstudyiSaimedattheproblemofacrackinthefilmorientedperpendiculartothefilm—substrateinterfacewiththetiptouchingtheinterface．BasedonBeuth’Stheoryareeffortstosimplifythree—dimensionalmodeltoplanestrainproblemsandevaluatefra
4、cturemechanismsofacrackedfilm—substrateconfigurationbydesigninguniversalprogramoffiniteelementmethod，andthestressintensityfactorisaffectedbythedifferentelasticmismatchesandthethicknessratioofthefilmandthesubstrate．Theseresultsshow：3"hestressintensityfactorwilldecreasewiththein
5、creaseof(一1<<+1)for／3=0and／3：a／4，andOr．and盧areDundursparameters；TheresultshowsthaterrorofSIFinthispaperiSlessthan5％．Keywords：film-substrateconfiguration；crack；stressintensityfactor；finiteelementmethod0引言1幾何模型在集成電路、微電子及微機械等領域，工程中典型由于薄膜—基底結構模型中薄膜的開裂屬于三維的系統(tǒng)結構是由不同的薄膜材料黏結在基底上，即薄問題，
6、給模型計算工作帶來很大麻煩，使得其理論分析膜一基底復合材料結構。由于工程裝置對結構的性能比較復雜，而得到的結果精度卻提高的有限。由于薄膜要求很高，薄膜技術對材料壽命的影響具有深遠意義。開裂問題可近似看成平面應變問題，這樣，三維問題便薄膜形成的過程中，薄膜與基底之間熱膨脹系數(shù)的不可以轉化為二維平面問題來處理[3]，使得計算簡單，理同，薄膜內部會產生很大的殘余應力，這就導致了薄膜論分析簡便，并能達到解決問題的目的。裂紋的產生。由于薄膜材料的力學行為直接影響其構附著在基體上的薄膜裂紋的擴展是一個三維過成組件的壽命和工作可靠性等使用性能，因此，薄膜材程，裂
7、紋在缺陷處產生并沿著裂紋擴展，可對模型作如料力學行為的探討就形成了新的研究熱點[1I2]。下假設：收稿日期：2005—09—21(1)薄膜與基底材料均為各向同性彈性材料。維普資訊http://www.cqvip.com356黑龍江科技學院學報第15卷(2)薄膜內存在均勻的殘余應力。式中：6——常量，量綱1；(3)薄膜與基底緊密結合。r距裂紋尖端的距離，m。(4)裂紋是穩(wěn)態(tài)的。Dundur參數(shù)a與JB滿足下面關系：(5)不考慮裂紋尖端的形狀及裂紋的長度的影響。COS器(1-s)2+等-u0
8、(4)此時，模型可以近似看成平面應變問題，這樣就可式中：s—
9、—應力奇異性指數(shù)。以把三維模型簡化為二二維模型來進行理論分析與計通過MATLAB編制程序，可得到奇異性指數(shù)s隨算，二：維模
