薄膜结构中压缩与拉伸引起的皱纹形成：三维数值模拟

薄膜与柔性基底结合时表面皱纹的发展被认为是一种机械不稳定形式。当薄膜受到直接压缩时，皱纹行为被广泛研究，而拉伸及周期性压缩-拉伸变形引起的皱纹形成预测则较少关注。本研究以弹性高分子薄膜置于弹性体基底上的模型系统，聚焦压缩与拉伸引起的皱纹。实验观察到单向压缩时产生的平行皱纹在反向加载下逐渐消失。当薄膜结构被拉伸时，垂直方向会产生一组新的平行皱纹。拉伸引起的皱纹是由薄膜与基底的泊松比不匹配产生的，这导致薄膜产生横向压缩。通过三维有限元模型中嵌入缺陷技术，我们展示了这一皱纹转变可以无缝模拟。在线弹性假设下，整体载荷-位移响应及皱纹演化显示可逆性。拉伸后压缩与直接拉伸加载条件引发完全相同的材料响应，包括变形不稳定性。进一步分析了薄膜模量和泊松比的影响，比较了压缩与拉伸载荷下皱纹行为的差异。