納米結構元器件相比宏觀材料有其特有的物理、機械、電導性能,現在已經廣泛應用于微納米傳感器等許多工業(yè)和科研領域,最典型的工作方式是利用其諧振方式。納米諧振器振動過程中能量不可避免地會轉化為熱量耗散至外界,從而造成能量的衰減,我們用熱彈性阻尼來表征納米諧振器一個周期內的能量衰減程度。廣義熱彈性理論分析納米諧振器熱彈性衰減問題引入松弛時間的概念,認為熱量在納米桿中的傳播速度有限性。本文首先將納米諧振器的傳感部件視為納米桿,通過分子動力學模擬的方法分析了結構尺度、熱源溫度對熱松弛時間的影響,結論表明熱松弛時間是納米桿的基本參數,不會隨著結構尺度和熱源溫度的變化而變化。同時計算了銅、鋁、鎳三種材料的熱松弛時間參考值。能量轉換為熱量的過程體現了能量的衰減,分析納米諧振器能量首先將納米諧振器振動部件視為納米梁,采用自由邊界條件通過分子動力學模擬的方法分析了不同參數對納米梁熱彈性阻尼的影響,結果表面納米梁在振動過程中不同因素對熱彈性阻尼的影響會隨著振動周期的增長而減弱,在振動到一定周期之后,熱彈性阻尼將會降低到510-次方量級。同時發(fā)現納米梁長度越長,熱彈性衰減就越小,反之越大;環(huán)境溫度越高,熱彈性衰減也會越大;保持梁的寬度方向不變,梁的L/H值越小,熱彈性阻尼越大;此外模擬了圓柱體梁和長方體梁橫向振動的熱彈性阻尼變化情況,發(fā)現長方體梁相比圓柱體梁熱彈性耗散較大。最后模擬了納米梁縱向振動熱彈性阻尼變化情況,結果表明納米梁縱向振動熱彈性阻尼有著和橫向振動相同的變化趨勢,說明橫向振動和縱向振動兩種模式的熱彈性阻尼產生機理基本是一致的。最后概括總結了三種基于經典熱傳導方程熱彈性阻尼理論模型,分別為:Zener標準粘彈性模型、Lifshitz-Roukes通過復頻率法計算熱彈性阻尼精確解模型、Ru通過做功法且考慮表面效應計算熱彈性阻尼模型,在此基礎上本文采用做功法推導了考慮表面效應時縱向振動的熱彈性阻尼計算模型。
【學位單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：

科學與技術已經度過了 30 余年的發(fā)展歷程，自 1974 年科學家Taniguchi）首次使用納米技術一次形容精密機械加工以來，世對納米技術發(fā)展的研發(fā)投入，包括美國 2014 年全球市場納米到 229 億美元，相比前一年增長了 30 多億美元（王開發(fā)，20際納米科學與技術發(fā)展的重要推動力量，據 2017 年統(tǒng)計，中論文量已經超過了全球的三分之一，納米技術被列入促進國家鍵問題的技術領域，在能源和生物醫(yī)藥等領域尤其受到重視。納米結構元器件相比宏觀材料有其特有的物理、機械、電導性應用于微/納米傳感器等許多工業(yè)和科研領域，例如智能手機儀作為傳感器安裝在智能手機當中，利用質點振動因載體受外的科氏慣性力來確定載體的角速度，利用這個特點消除拍照時水平面的功能以及記錄行走步數的功能等（劉延柱，2017）。

Shashi Kant （ Shashi Kant ， 2017 ）對比了四種經典的熱彈性理論模型（Green-Naghdi-I 模型、Green-Naghdi-II 模型、dual phase-lag model、Green-Lindsay模型）采用最基本的控制方程。如 Tzou（Tzou，2015）引入了 Yu.A.Kirsanov（Yu.A.Kirsanov etc,2017）通過實驗的方法對比了經典傅里葉熱傳導模型、Cattanneo-Vernotte(C-V 熱傳導模型)和雙遲滯熱傳導模三種熱傳導模型的區(qū)別，發(fā)現實驗結果和雙遲滯模型計算的結果十分吻合，由此判斷雙遲滯模型更接近于實際情況。Asir 等（Asir Intisar Khan, 2017）通過分子動力學模擬的方法研究了六方氮化硼納米帶的熱導率隨溫度的變化趨勢，得到隨著溫度的增加，熱導率在逐漸的下降。但微納米材料的熱導率變化趨勢并沒有嚴格的統(tǒng)一規(guī)律，比如 Li等人(Li,2003)通過實驗發(fā)現硅納米線的熱導率有很高的尺寸依賴性和溫度依賴性，而其中的溫度依賴性卻有著和前者文獻結果相反的趨勢，即隨著溫度的升高，熱導率先是有著增長的趨勢，之后才有下降。可見材料熱導率的特性和材料的結構有很大的關聯(lián)，不存在統(tǒng)一的變化趨勢，

圖 1-4 周期性邊界條件示意圖 （陳正隆，2007）體系義原子的方式定義模擬體系，原子定義的方式主要有三令或者 read_restart 命令從數據文件中讀取原子；二是使用te_box、create_atoms 重新定義原子；第三就是通過 rep數定義了原子間相互作用力的大小，這些作用力正是不同材文件中勢函數往往取得是其他學者的經驗值，不同學者的值也不同，正確選擇勢函數對計算速度有很大的影響的是嵌入原子法（embedded atom method，EAM）勢函數子間相互作用力會對其它的原子產生作用，是多體勢函屬的性質。
【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 劉延柱;楊曉東;;藏在手機里的微型陀螺儀[J];力學與實踐;2017年05期

2 張文明;閆寒;彭志科;孟光;;微納機械諧振器能量耗散機理研究進展[J];科學通報;2017年19期

3 李長龍;高世橋;牛少華;劉海鵬;;微諧振器縱向振動熱彈性耦合分析[J];北京理工大學學報;2016年12期

4 臺永鵬;李普;左萬里;;彎扭耦合影響的MEMS扭轉諧振器件中的熱彈性阻尼[J];振動與沖擊;2014年13期

5 ;SURFACE STRESS EFFECT IN MECHANICS OF NANOSTRUCTURED MATERIALS[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2011年01期

6 施芹;裘安萍;蘇巖;朱欣華;;硅微陀螺儀的機械耦合誤差分析[J];光學精密工程;2008年05期

7 馮闖;趙亞溥;劉冬青;;微梁諧振器中的空氣阻尼[J];北京科技大學學報;2007年08期

8 朱林利,鄭曉靜;基于Boltzmann方程在外加電場和磁場作用下熱傳導及電磁熱彈性理論[J];蘭州大學學報;2005年02期

9 吳恒安,王秀喜,倪向貴;分子動力學模擬金屬納米桿受壓穩(wěn)定性　[J];力學學報;2003年02期

相關博士學位論文 前4條

1 仲作陽;微機械諧振器的能量耗散機理與復雜動力學特性研究[D];上海交通大學;2014年

2 張曉亮;一維納米復合結構內部能量傳輸的分子動力學模擬[D];中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）;2013年

3 歐陽滔;低維納米結構的熱輸運性質研究[D];湘潭大學;2012年

4 黃殿武;表面應力對微結構元件力學行為的影響[D];中國科學技術大學;2006年

相關碩士學位論文 前5條

1 張愛娟;低維系統(tǒng)中聲子弛豫過程與熱輸運關系研究[D];揚州大學;2016年

2 焦偉健;微納米諧振器的熱彈性能量耗散[D];上海交通大學;2015年

3 李金娥;非傅里葉熱傳導方程及熱應力的數值解[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

4 黃小鵬;納米復合材料中熱輸運的分子動力學模擬[D];中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）;2008年

5 翟輝;微尺度熱質輸運問題的理論研究[D];哈爾濱工程大學;2004年

本文編號：2879445