具有曲界面的薄膜/基底结构中裂纹的生长规律研究

由于薄膜/基底中薄膜、基底两种材料的力学、热学性能不匹配等原因，薄膜中总会出现残余应力，加速其中裂纹的萌生及生长，使薄膜和整个结构的性能衰退、可靠性降低。本项目以平面和轴对称问题为对象，首先发展求解不连续问题的最有效方法－扩展有限元法，以能同时求解异质材料和裂纹问题；模拟薄膜/基底结构中裂纹从薄膜向界面生长、薄膜面内沟槽型开裂、沿界面分叉、最终进入基底的整个生长过程，考察材料性能不匹配及薄膜、基底厚度比对裂纹开裂方式的影响，与已有理论结果进行比较；更进一步，用扩展有限元法研究具有曲界面的薄膜/基底结构中裂纹的生长规律，考虑薄膜厚度均匀和不均匀两种情形；以薄膜材料性能沿厚度方向存在梯度变化为例，用扩展有限元法研究薄膜材料特性不均匀性对裂纹开裂方式的影响规律。本项目将充分展示扩展有限元法在处理裂纹问题和异质材料问题时的独特优势，成果可望迅速应用于现代工业和高科技产业的工程实际。