微拉曼光谱在微结构与材料力学测量中的若干应用研究

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随着微纳领域技术研究的兴起,准确测量和评价微尺度下材料与结构的力学行为成为人们普遍关注的热点之一,研究和发展新的微尺度力学实验测试表征技术成为目前迫切需要解决的关键问题。微拉曼光谱技术是近年来快速发展起来的一种有效的且颇具潜力的微尺度实验力学测试手段。作为一种光学测试技术,它具有无损、非接触、实时测量、高空间分辨率以及对材料变形的高应变灵敏度等诸多优势。本文主要围绕微拉曼光谱技术在微材料与结构力学测量中的应用研究开展相关工作。
　　首先,本文以CVD气凝胶工艺制备的碳纳米管纤维多级结构材料为研究对象,构建了综合宏观单轴拉伸测试、微观拉曼光谱测量和细观电镜分析的多尺度协同测量系统,通过实验测量给出了纤维在拉伸载荷作用下内部细观和微观结构的多尺度变形响应特征;基于范德华相互作用分析提出了两级界面力学模型,对细观束的界面强度和微观碳纳米管的界面强度进行比较,并进一步分析了纤维变形过程中的多级界面力学行为;最后,在实验和理论研究的基础上讨论了影响纤维材料宏观强韧度的关键因素和力学机理。
　　其次,作为微拉曼光谱技术在微尺度实验力学测量中的应用研究,本文对硅基底多层薄膜结构的残余应力和碳纤维增强复合材料裂纹尖端的应变场分布特征分别进行了测量和分析。在残余应力检测方面,实验获得了硅基片横截面上的工艺残余应力分布规律,并基于结构的力学平衡分析计算了薄膜内部的残余应力值。利用拉曼应变花测量技术实验分析了复合材料中沿碳纤维轴向传播的裂纹尖端的正应变场和剪应变场的分布特征。
　　本文利用微拉曼光谱技术不仅实现了微结构和微材料力学中的定量精密测量分析,而且表明基于微拉曼力学测量的多尺度协同测量技术可作为微尺度力学分析中一种有效的实验表征方法。

著录项

作者
邓卫林;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科固体力学
授予学位硕士
导师姓名亢一澜;
年度 2012
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类工程材料力学（材料强弱学）;光谱测量;
关键词
微拉曼光谱; 微结构; 材料力学测量; 微尺度力学分析;

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