卷到卷印刷薄膜收卷径向应力及屈曲特性研究

作     者：赵振龙 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武吉梅;马利娥

授予年度：2022年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：卷到卷 径向应力 屈曲 有限元分析 

摘      要：柔性电子薄膜具有轻薄、可变形等特点,在航空航天、医疗、机械电子等领域得到了广泛的应用。卷到卷印刷制造是一种可实现柔性电子产品绿色环保和低成本的制造方式,在卷到卷印刷和涂布制造过程中收卷薄膜的径向应力对柔性电子产品的收卷质量和性能有着重要的影响。本文根据弹性力学理论,建立薄膜收卷过程中径向应力模型,对薄膜收卷径向应力及屈曲特性进行研究,以减少收卷过程中薄膜的变形,为柔性印刷电子产品质量的提高提供理论依据。本文的主要研究内容如下:(1)卷到卷印刷薄膜的收卷径向应力的研究。计及收卷过程中薄膜所受张力,根据弹性力学理论,建立了收卷薄膜径向应力数学模型,根据由收卷张力引起的径向位移和周向位移,建立了几何方程和物理方程,得到了径向应力表达式,分析了径向应力的影响因素,得到了收卷过程中卷绕半径、薄膜的厚度、收卷张力以及薄膜材料的弹性模量对径向应力的影响规律。(2)不同条件下的薄膜收卷径向应力研究。计及收卷薄膜的重力对径向应力的影响,建立了薄膜收卷的径向应力数学模型,对比分析了重力作用下的薄膜收卷径向应力变化规律;确立了在恒线速度收卷的过程中薄膜张力和收卷角速度之间的关系;建立了卷绕过程中的力矩平衡方程,确定了在恒线速度收卷下,张力以及角速度随时间的变化关系;确定了在恒线速度下径向应力的平衡方程,分析了径向应力与时间、速度以及角速度之间的变化关系。(3)卷到卷印刷薄膜收卷的径向屈曲特性研究。基于小位移、小应变的弹性理论,运用Donnell弹性简化模型建立了屈曲变形的平衡方程,创建了屈曲变形后的应力应变关系方程;建立适应屈曲的挠度函数来确定傅里叶级数;最终求解获得临界屈曲压力表达式;进而确定临界屈曲径向应力表达式,对比分析了各因素对临界屈曲径向应力的影响,确定了最大临界屈曲压力。(4)薄膜收卷径向应力有限元仿真分析。建立了印刷薄膜的收卷仿真模型,分析了收卷张力、薄膜弹性模量和薄膜厚度对径向应力的影响,验证了上述数学模型及数值分析方法的正确性。通过分析可知,在相同的卷绕半径下,收卷张力、弹性模量越大收卷薄膜所受到的径向应力也越大,而薄膜的厚度越大,卷绕薄膜所受到的径向应力越小。