基于数字图像相关方法的薄膜低温力学性能实验研究

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1、天津大学硕士学位论文基于数字图像相关方法的薄膜低温力学性能实验研究ResearchoflowtemperaturemechanicalpropertyofnanocompositefilmsbasedonDigitalImageCorrelationmethod学科专业：固体力学研究生：王浩指导教师：陈金龙教授天津大学机械工程学院2017年5月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其

2、他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要聚酰亚胺及其纳米

3、杂化薄膜材料以其优良的介电性能、热稳定性、耐辐射性能，被作为电绝缘和热绝缘材料广泛应用于低温超导工程及航空航天工程领域。而上述低温工程中恶劣的低温服役环境极易使该种薄膜的力学性能产生退化，因此，准确地测量其低温力学性能对低温结构的设计和防护具有重要意义。数字图像相关方法作为一种新型的全场光测力学方法，具有非接触、环境适应性强、自动化程度高等突出优点，在薄膜等柔软材料于高低温环境下变形测量研究中具有巨大优势。本文以薄膜低温力学性能为研究内容，利用数字图像相关方法对二氧化钛-聚酰亚胺(TiO2/PI)纳米杂化薄膜低温力学性能进行了实验研究，具

4、体针对现有薄膜类低维材料低温力学性能实验研究的不足，主要完成以下工作：本文首先将数字图像相关方法与低温拉伸系统相结合，建立了一套适用于测量薄膜材料低温全场变形的测试系统。并利用该系统测量了纯铜薄膜在-100°C~20°C范围内热变形，实验所得变形结果与文献数据吻合良好，验证了该系统具有较高可靠性与准确性。其次，利用建立的低温变形测量系统对不同TiO2含量的TiO2/PI薄膜的低温力学性能进行了实验研究，通过低温(-60°C~18°C)拉伸实验测定了不同含量TiO2/PI薄膜不同低温下的应力-应变曲线及弹性力学性能，结果表明：在-60°C~

5、18°C范围内，不同含量的TiO2/PI薄膜随温度降低，应力-应变曲线线性趋势加强，弹性模量均有不同程度的提高，随着TiO2纳米颗粒的引入和含量的增加，TiO2/PI薄膜弹性模量也有明显提高；而TiO2/PI薄膜泊松比随温度的下降和TiO2颗粒的引入，均有不同程度的降低，但纯PI薄膜泊松比的降低随温度的下降并不显著。最后，根据现有薄膜材料低温热膨胀系数测量研究的不足，尤其针对PI薄膜在测量过程中由于受冷不均而发生卷曲或褶皱的现象，采用施加微小预应力及固定位移边界条件的方法，结合数字图像相关方法设计了相关实验，对TiO2/PI薄膜低温线膨胀

6、系数进行了测量，获得了较为满意的结果。从一定程度上解决了卷曲、褶皱影响薄膜低温热膨胀系数测量的问题。关键词：薄膜，力学性能，线膨胀系数，低温，数字图像相关I万方数据ABSTRACTPolyimideanditsnanohybridfilmshavelotsofadvantagesindielectricproperty,thermalstabilityandradiationresistance.Thefilmshavebeenwidelyusedinthefieldofcryogenicengineeringandaerospaceen

7、gineering.Thenhigherdemandsofthemechanicalpropertiesoffilmsatlowtemperaturehavebeenpresentedbecauseofitssevereserviceenvironmentatlowtemperatureincryogenicengineering.ThereforeaccuratelymeasuringthemechanicalpropertiesofPolyimideanditsnanohybridfilmsatlowtemperatureisofgr

8、eatsignificanceinthedesignandprotectionofthestructureatlowtemperature.Asanewtypeoffullfieldoptic