【摘要】：尺寸效應(yīng)現(xiàn)象是指當(dāng)微構(gòu)件尺寸達(dá)到微米或者是納米量級(jí)時(shí),微構(gòu)件材料內(nèi)部的顆粒屬性會(huì)影響微構(gòu)件力學(xué)特性的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)經(jīng)典力學(xué)理論不能合理的解釋微型結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象,而修正偶應(yīng)力理論的提出和應(yīng)用對(duì)研究微結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象非常重要。Casimir力是分子間的相互吸引的一種作用力,由荷蘭物理學(xué)家在1948年提出,Casimir力在微觀尺度下對(duì)物體力學(xué)特性的影響還是比較明顯的。功能梯度材料(Functionally Graded Material,FGM)通常是由兩種不同的材料復(fù)合而成的非均質(zhì)的新型材料,組分呈梯度變化,相比于傳統(tǒng)的復(fù)合材料,FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力,增加連接強(qiáng)度和減小裂紋驅(qū)動(dòng)力。微板結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用在芯片、微電子、微器件領(lǐng)域,但是微板結(jié)構(gòu)尺寸微小,在外部力作用下易被損壞,因此FGM材料在微板中應(yīng)用的研究就顯得非常重要。本文考慮功能梯度微板材料組分的梯度變化,考慮尺寸效應(yīng)及分子間Casimir力作用,基于Kirchhoff經(jīng)典板理論、von-Karman幾何非線性理論和修正偶應(yīng)力理論,應(yīng)用Hamilton原理推導(dǎo)出微板的非線性動(dòng)力學(xué)方程。本文主要的研究?jī)?nèi)容有以下4點(diǎn):(1)在利用Kirchhoff經(jīng)典板理論確定FGM微板位移場(chǎng)基礎(chǔ)上,由修正偶應(yīng)力理論推導(dǎo)應(yīng)力和應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系,最后根據(jù)Hamilton原理得到FGM微板的控制方程和邊界條件。(2)由微板模型的本構(gòu)關(guān)系在多物理場(chǎng)仿真軟件COMSOL中創(chuàng)建均質(zhì)材料微板的三維模型,分析微板的靜態(tài)吸合失穩(wěn)和動(dòng)態(tài)非線性自由振動(dòng),與已有文獻(xiàn)中結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證模型的正確性。(3)運(yùn)用COMSOL仿真軟件并根據(jù)已建立的微板理論模型創(chuàng)建FGM微板三維模型,研究FGM微板靜態(tài)吸合失穩(wěn)與動(dòng)態(tài)非線性自由振動(dòng)特性。(4)分析尺寸效應(yīng)、功能梯度材料、微板的幾何結(jié)構(gòu)尺寸等參數(shù)對(duì)FGM微板靜態(tài)吸合失穩(wěn)和動(dòng)態(tài)非線性自由振動(dòng)的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34
【圖文】：

（a）微型航姿參考系統(tǒng) （b）大疆無(wú)人機(jī)視覺(jué)傳感系統(tǒng)圖 1.1 微機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用Fig.1.1 Applications of MEMSMEMS 技術(shù)相較于傳統(tǒng)的集成電路系統(tǒng)有許多優(yōu)勢(shì)，主要的優(yōu)勢(shì)有 4 點(diǎn)：（1）微型化：微型器件小而輕且能耗低。但是由于器件的尺寸過(guò)小，在微尺下，微型結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)尺寸效應(yīng)。（2）集成化：將多個(gè)傳感器和執(zhí)行器集成在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，形成一個(gè)復(fù)雜的系。盡管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微小，穩(wěn)定性可靠性很高。（3）多樣化：MEMS 微機(jī)電系統(tǒng)涉及的學(xué)科種類非常廣泛，例如電子工程、械工程信息工程、自動(dòng)化控制、物理化學(xué)等。多學(xué)科、多樣化始終是 MEMS 技發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵詞[11]。（4）成本低：由于微型構(gòu)件的加工工藝已經(jīng)非常成熟，因此制造完整的微機(jī)裝置成本很低。.3 尺寸效應(yīng)

第 2 章 FGM 微板非線性動(dòng)力學(xué)理論模型慮 FGM 微板材料組分的梯度變化，考慮尺寸效應(yīng)及分子間 Kirchhoff 經(jīng)典板理論和 von-Karman 幾何非線性理論，運(yùn)Hamilton 原理推導(dǎo)出微板的非線性控制方程。M 微板模型究的功能梯度材料微板結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。微板長(zhǎng)度為 a，微板四周固定，受靜電驅(qū)動(dòng)，下方是固定電極，固定電極與d。空間直角坐標(biāo)系的 x，y，z 軸方向分別沿著微板的寬度，長(zhǎng)點(diǎn)在微板的中平面與微板棱的交點(diǎn)處，如圖所示。

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本文編號(hào)：2740185