双轴面内张力作用下衬底支撑金属薄膜的分岔不稳定性

金属材料的拉伸性能往往受到颈缩失稳的发生和发展的限制。例如，金属锂在低应变时经常发生颈缩现象，从而阻碍了其在可拉伸锂电池中的实际应用。在柔性可拉伸电池中，衬底/金属双分子层正在成为一种有前途的解决方案，以满足金属电极和电流收集器的严格可拉伸性要求。到目前为止，对任意双轴面内拉伸载荷下基底支撑金属层的分岔不稳定性仍缺乏全面的认识。现有的金属基板支撑层分岔失稳理论和数值研究大多假设是平面应变或单颈(即出现单扩散颈)模式。然而，在已进行的实验中，衬底/金属双层受到单轴拉伸载荷，并在测试过程中观察到多个颈部的形成。这项工作提出了一种全波长分岔分析，以了解衬底/金属双层在任意双轴拉伸载荷下的变形不稳定性，从等双轴拉伸，到平面应变拉伸，再到单轴拉伸。研究了两种具有代表性的双分子层结构，即由塑料衬底支撑的金属层和由弹性体衬底支撑的金属层。分析预测了衬底/金属双分子层的三种分叉模式，包括单颈模式、多颈模式和表面模式。结果定量地证明了支撑衬底的分岔延迟效应:衬底越硬/厚，分岔极限越高。 More importantly, it is further shown that there exists a theoretical upper bound of the bifurcation limit of a substrate/metal bilayer structure, which has not been reported before. Understandings from the present study may shed light on the optimal design of substrate/metal bilayer structures with enhanced deformability under complex biaxial loading conditions.

郑佳，李腾，双轴拉伸载荷下基板支撑金属层的分岔失稳，固体力学与物理学报，126,52-75 (2019)