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第1章 绪论 1

1.1软材料及其变形特点 1

1.2表面失稳技术的应用 3

1.2.1平版印刷技术 3

1.2.2功能表面仿生制备 3

1.2.3柔性电子器件 4

1.2.4材料性质表征 6

1.2.5生物组织形态学 7

1.3软材料表面失稳力学 8

1.3.1理论分析与数值方法 8

1.3.2 高分子软膜的稳定性 9

1.3.3 硬膜-软基系统的稳定性 12

1.3.4生物软组织的表面失稳 14

1.4软材料失稳力学的若干关键问题 15

1.5本书内容 17

参考文献 17

第2章 弹性稳定性基础理论 26

2.1失稳类型 26

2.1.1分岔点失稳 27

2.1.2极值点失稳 27

2.2稳定性判断方法 28

2.2.1静力法 29

2.2.2能量法 36

2.2.3动力法 39

2.3 Koiter弹性稳定性理论 42

2.3.1临界失稳分析 42

2.3.2 后屈曲分析 43

2.3.3应用举例之一：压杆失稳 44

2.3.4应用举例之二：硬膜软基系统 47

2.4软材料本构模型 48

2.4.1线弹性本构关系 49

2.4.2 超弹性本构关系 49

2.5本章小结 51

参考文献 52

第3章 弹性稳定性计算方法 55

3.1牛顿拉普森法 55

3.2弧长法 56

3.3 伪动力学法 58

3.4 傅里叶谱方法 59

3.5算例 61

3.5.1膜基系统的整体失稳 61

3.5.2膜基系统的局部化失稳 65

3.6本章小结 67

参考文献 67

第4章 无限大硬膜-软基系统 69

4.1平面应变失稳分析 69

4.2薄膜的局部化失稳 71

4.2.1弹塑性薄膜 71

4.2.2 超弹性薄膜 80

4.3三维失稳分析 84

4.3.1实验观察 86

4.3.2理论模型 87

4.3.3失稳模式 89

4.3.4能量分析 89

4.3.5 表面曲率效应 94

4.4 含表面微纳米结构薄膜的失稳 96

4.4.1量纲分析 97

4.4.2计算模型 98

4.4.3结果与讨论 99

4.4.4应用 102

4.5花瓣表面微观形貌的形成机理 103

4.5.1实验方法 104

4.5.2 实验结果 104

4.5.3分析与讨论 109

4.5.4力学模型 112

4.6本章小结 113

参考文献 113

第5章 局部载荷作用下的薄膜失稳 118

5.1局部预拉伸诱发的径向失稳 118

5.1.1理论分析 119

5.1.2数值模拟 127

5.1.3结果与讨论 128

5.1.4后屈曲形貌演化分析 132

5.2局部扭转失稳 133

5.2.1理论模型 133

5.2.2数值模拟 135

5.2.3实验验证 137

5.3本章小结 138

参考文献 138

第6章 夹层结构失稳分析 140

6.1单层膜夹层结构 141

6.1.1理论模型 141

6.1.2临界屈曲分析 146

6.1.3后屈曲分析 146

6.2双层与多层膜夹层结构 149

6.2.1数值模拟 149

6.2.2理论分析 151

6.2.3后屈曲形貌演化 152

6.3本章小结 153

参考文献 154

第7章 梁-基系统 156

7.1软基底上有限宽度薄膜的失稳 157

7.2 软基底上纤维的失稳 161

7.2.1理论分析 161

7.2.2 横截面效应 163

7.2.3无量纲函数 164

7.3软基体内纤维的失稳 166

7.3.1实验方法 166

7.3.2理论分析 167

7.3.3结果与讨论 175

7.4本章小结 176

参考文献 176

第8章 非均匀基底上硬膜的失稳 180

8.1软基底上双层膜的失稳 180

8.1.1理论分析 181

8.1.2数值验证 186

8.1.3结果与讨论 189

8.2梯度弹性基底上硬膜的失稳 192

8.2.1理论分析 192

8.2.2数值模拟 199

8.2.3形貌演化 201

8.2.4结果与讨论 203

8.3本章小结 203

参考文献 203

第9章 非线性基底上的薄膜失稳 206

9.1结构化基底 206

9.1.1微柱阵列基底 206

9.1.2 周期粘接界面 208

9.1.3分段线性本构模型 209

9.2双模量基底上薄膜的二维失稳分析 210

9.2.1理论分析 210

9.2.2结果和讨论 212

9.3双模量基底上薄膜的三维失稳分析 214

9.3.1理论模型 214

9.3.2等轴加载 220

9.3.3非等轴加载 223

9.3.4三维失稳形貌相图 228

9.4微柱阵列基底上薄膜的二维失稳分析 229

9.5本章小结 231

参考文献 232

第10章 柱状核壳结构 235

10.1实验方法 235

10.2数值模拟 236

10.3理论分析 238

10.3.1临界失稳分析 239

10.3.2后屈曲分析 242

10.4结果与讨论 247

10.5本章小结 252

参考文献 253

第11章 基于失稳的表面形貌制备方法 255

11.1基于薄膜刚度周期性变化的表面形貌制备方法 255

11.1.1理论模型 256

11.1.2实验方法 257

11.1.3数值模拟 261

11.2基于界面结构的表面形貌制备方法 263

11.2.1理论模型 264

11.2.2数值模拟 265

11.3具有周期结构的膜基系统的临界失稳分析 269

11.4多级表面形貌制备方法 275

11.4.1实验方法 275

11.4.2 实验结果 275

11.4.3理论分析 279

11.4.4表面浸润性质 282

11.5本章小结 283

参考文献 283

第12章 表面折痕失稳 286

12.1 Biot折痕失稳分析方法 287

12.2折痕失稳临界应变 290

12.2.1表面折痕 290

12.2.2界面折痕 291

12.3缺陷敏感性分析 293

12.3.1初始后屈曲分析 293

12.3.2数值模拟 297

12.4本章小结 301

参考文献 302

第13章 软膜的自发性失稳 303

13.1能量分析 303

13.1.1范德瓦耳斯相互作用势 304

13.1.2弹性应变能 305

13.1.3表面能 305

13.1.4能量分析 306

13.2二维分析 307

13.2.1失稳临界条件 307

13.2.2 失稳特征波数 313

13.2.3表面应力效应 313

13.2.4 失稳特征波长 314

13.2.5 失稳相图 315

13.3三维分析 316

13.3.1失稳临界条件 316

13.3.2失稳特征波数 321

13.3.3表面应力效应 322

13.3.4失稳特征波长 323

13.3.5失稳相图 324

13.4曲面软薄膜 325

13.4.1理论模型 325

13.4.2圆柱形基底上的薄膜失稳 326

13.4.3球形基底上的薄膜失稳 332

13.4.4 结果与讨论 338

13.5本章小结 343

参考文献 343

第14章 外场作用下弹性软薄膜的失稳 347

14.1 LISA工艺中薄膜失稳 347

14.1.1二维模型 348

14.1.2三维模型 353

14.1.3数值模拟 358

14.2电场作用下软物质薄膜的六方形貌失稳 359

14.2.1理论模型 360

14.2.2失稳临界条件 361

14.2.3失稳特征形貌 363

14.3 SOL薄膜结构的表面失稳 364

14.3.1理论模型 365

14.3.2失稳临界条件 370

14.3.3 失稳相图 371

14.3.4失稳特征波长 373

14.3.5 临界薄膜应力 374

14.3.6 数值模拟 375

14.4本章小结 375

参考文献 376

第15章 电场作用下软材料的表面失稳 379

15.1基本方程 379

15.2平面构型中粘性流体薄膜的电致失稳 380

15.3 圆柱基底上粘性流体薄膜的表面失稳 382

15.3.1稳态物理场求解 383

15.3.2线性稳定性分析 383

15.3.3结果与讨论 387

15.3.4多级形貌制备 391

15.4纤维状粘性流体的表面失稳 392

15.4.1理论分析 392

15.4.2结果与讨论 394

15.5带电软球的表面失稳 396

15.5.1理论分析 397

15.5.2 结果与讨论 399

15.6本章小结 401

参考文献 402

第16章 生物软组织的表面失稳 404

16.1体生长理论 404

16.1.1乘法分解 405

16.1.2加法分解 406

16.2应力分析与增量变形理论 406

16.2.1应力分析 406

16.2.2增量变形理论 407

16.3平面构型中的失稳分析 409

16.3.1变形分析 409

16.3.2稳定性分析 410

16.3.3结果与讨论 411

16.4圆柱形单层组织的失稳分析 412

16.4.1应力分析 413

16.4.2稳定性分析 415

16.4.3结果与讨论 417

16.4.4讨论 419

16.5圆柱状管腔粘膜失稳的三层模型 421

16.5.1应力分析 421

16.5.2稳定性分析 424

16.5.3有限元模拟 426

16.5.4非均匀生长 429

16.5.5后屈曲演化 430

16.5.6 结果与讨论 434

16.6圆柱管腔结构的三维失稳 435

16.6.1理论模型 435

16.6.2外表面自由圆柱 440

16.6.3外表面固支圆柱 447

16.7球腔内壁粘膜的失稳分析 451

16.7.1应力分析 451

16.7.2稳定性分析 454

16.7.3有限元模拟 459

16.8本章小结 462

参考文献 462

第17章 核壳结构的生长失稳分析 466

17.1圆柱核壳结构的二维分析 466

17.1.1应力分析 466

17.1.2稳定性分析 469

17.1.3失稳临界条件 470

17.1.4有限元模拟 471

17.1.5后屈曲演化 472

17.2圆柱核壳结构的三维分析 475

17.2.1应力分析 476

17.2.2增量变形理论 478

17.2.3失稳临界条件 481

17.2.4有限元模拟 483

17.2.5结果与讨论 483

17.3球形核壳结构 486

17.3.1应力分析 486

17.3.2稳定性分析 489

17.3.3有限元模拟 493

17.3.4轴对称形貌演化 494

17.3.5三维形貌演化 495

17.3.6 结果与讨论 499

17.4可压缩核壳软物质的极值点失稳 500

17.4.1基本公式 500

17.4.2球形颗粒 501

17.4.3柱形纤维 502

17.4.4结果分析 503

17.4.5 极值点失稳 506

17.5可压缩核壳软球的表面失稳 508

17.5.1基本公式 508

17.5.2 稳定性分析 510

17.5.3结果与讨论 512

17.6本章小结 514

参考文献 514

索引 517