近日，哈爾濱工業大學航天學院復合材料與結構研究所王長國教授與美國布朗大學高華健教授合作研究成果《薄膜/塑性基底的褶皺和棘輪行為：鋰電池中固態電解質界面的失穩》（Wrinklingandratchetingofathinfilmoncyclicallydeformingplasticsubstrate:mechanicalinstabilityofthesolid-electrolyteinterphaseinLi-ionbatteries）發表在固體力學領域期刊《固體力學與固體物理學雜志》（JournaloftheMechanicsandPhysicsofSolids，影響因子3.566）上。

該論文首次實現了薄膜/塑性基底彈塑性失穩問題的理論建模與求解，揭示了褶皺、棘輪與安定的多模式耦聯作用機制。論文第一作者為航天學院2014級博士生劉遠鵬，導師為王長國教授，哈工大為第一完成單位，王長國教授和高華健教授為論文的共同通訊作者。

該論文打破傳統彈性理論框架，首次建立并求解了基底為理想彈塑性的膜基系統的失穩行為，分析了系統彈塑性褶皺、塑性棘輪和安定特性及其耦合作用機制。并以高容量鋰電池充放電電極材料耗損問題為背景，首次將電極材料考慮為塑性，建立了高容量電極材料與固態電解質界面的失穩力學理論模型，理論分析了鋰電池充電/放電過程中固態電解質界面的失穩和棘輪行為，得到了可以準確預報固態電解質界面失穩和棘輪臨界條件的解析公式。研究發現，通過引入具有高剛度和厚度的人造固態電解質界面，并在固態電解質界面中引入拉伸預應力，可以有效預防固態電解質界面在充放電循環過程中的失穩和棘輪，為設計高容量鋰電池提供了重要的理論指導。

大型空間充氣展開薄膜結構是目前國際上十分關注的一種新型空間結構。這些結構主要由薄膜組成。其中薄膜為功能部件，也作為主要的結構部件。由于薄膜的彎曲剛度很小，薄膜不能支撐壓應力的作用。當薄膜中出現壓應力時，薄膜發生局部屈曲產生褶皺。褶皺產生以后，首先影響到結構的表面精度及穩定性，同時薄膜褶皺還會影響到結構的動態性能。作為主要受力結構的支撐管，其扭轉剛度很小，在外力作用下，極易出現局部褶皺而失去穩定性。對于薄膜和充氣管來說，雖然其結構形式不同，但其失穩的變形形式都是局部褶皺的形成，并且其后屈曲的過程也都是褶皺進一步擴展的過程。因此建立褶皺分析方法十分重要。

本文摘自：哈爾濱工業大學