开孔氧化铝薄膜／铝合金基体热屈曲变形和应力分析

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1、开孔氧化铝薄膜／铝合金基体热屈曲变形和应力分析／弓满锋等·1·开孔氧化铝薄膜／铝合金基体热屈曲变形和应力分析弓满锋．-，乔生儒，梅芳，袁月清(1西北工业大学超高温结构复合材料国家级重点实验室，西安710072；2湛江师范学院机电工程系，湛江524048)摘要假设薄膜和基体界面处于理想结合状态，基于应变协调理论，采用有限元软件(ANSYS8．O)分析了不同膜基比(^／h)和开孔对氧化铝薄膜／铝合金基体系统热屈曲变形、热应力的影响。结果表明，当矩形薄板发生热屈曲时，曲率和热应力均随膜基比非线性变化。随着膜基比的增加，曲率不断减小，而薄膜和基体中的热应力表现出不同的变化趋势

2、，基体中的热应力随膜基比的增加而增加，薄膜中的热应力随膜基比的增加而减小。当h／h<0．005时，曲率受膜基比的影响非常大且曲线较陡；当h／h>0．005时，曲率随膜基比的增加而缓慢减小。开孔能在一定程度上缓解系统的热屈曲变形，但是这种缓解程度相对较小。无孔时系统中的热残余应力在面内基本上都是均匀分布的，而开孔时系统中的热残余应力分布不再均匀，特别是在小孔附近产生了严重的应力集中现象，膜基比越小则应力集中现象越严重。关键词氧化铝薄膜铝合金热屈曲变形应力有限元中图分类号：TB125；TB332文献标识码：AThermalFlectionDistortionandStre

3、ssAnalysisinAluminaFilm／Al-alloySubstratebyFiniteElementMethodGONGManfeng一，QIAOShengru，MEIFang，YUANYueqingNationalKeyLaboratoryofThermostructureCompositeMaterials，NorthwesternPolyteehnicalUniversity，Xi’an710072；2DepartmentofMechano-electronicEngineering，ZhanjiangNormalUniversity，Zhanjia

4、ng524048)AbstractTheinterfacesofAl203filmandAI—alloysubstratearesupposedinaperfectstatus，whichisbasedonthestrainharmonytheory．Afiniteelementsoftware(ANSYS8．O)hasbeenusedtOanalyzethethermalfiexiondistortionandthermalresidualstressfortheAl2()3films／A1一alloysubstratesystem，which&reaffected

5、bytheh／handsmallcircleholeinthesubstrate．Theresultsshowthatthecurvatureandthethermalresidualstressnonlinearlychangewiththeh。／hvalue，whenthermalflexionoccursontherectanglethinplateThecurvaturedecreaseswiththe．／^valueincreasing，butthethermalresidualstressshowsthedifferentchanged-trend．The

6、stressinAlz03filmsdecreasedwiththeincreaseofh／^。，thestressinsubstrate，however，increaseswithit．Thecurvatureisgreatlyaf—fectedbytheh／。andthechangeisverysteepwhenhc／h<0．005；thecurvatureisslowlydecreasedwiththehc／hvalueincreasingandthechangeisalsolesswhenh／^>O．005．Itcanrelaxthethermalflexio

7、ndistortionbyopeningaholeinsubstrate．buttheaffectedextentiSless．Thethermalresidualstressuniformlydistributesinplanewithnoholeinsubstrate．butthatdoesnotuniformlydistributeinplanewithaholeinsubstrate．Theseriousstressconcen—trationphenomenontakesplacenearthehole，thelessh／hvalueiSt