表面效应对纳米梁和板力学及力电耦合行为影响的分析
发布时间：2023-05-18 20:41
纳米材料由于其优越的力、电、磁及热性质,而被广泛地应用于微机电系统(MEMS)和纳机电系统(NEMS)中,如:纳米传感器、纳米驱动器及纳米开关。随着材料尺寸的减少,材料的表面积与体积比迅速增大,这时表面效应对纳米材料力学性质的影响显著。因此,分析表面效应对纳米元器件力学行为的影响是非常有意义的,也是非常有必要的。基于表面弹性理论,本文研究了表面效应对几种纳米梁和板状结构力学行为的影响。具体内容如下:研究了表面能及界面能对纳米多层梁弯曲行为的影响。通过最小势能原理,导出了含表面能与界面能的控制方程以及相应的边界条件,并给出了纳米多层梁在均布荷载及集中力作用下挠度的解析表达式。结果表明,表面能和界面能使梁的刚度变大;表面能和界面能对等效弹性模量的影响依赖于表面和界面弹性模量以及初始表面能和界面能。研究了表面能及吸附物对纳米梁振动频率的影响。通过哈密顿原理,导出了纳米梁式质量传感器的控制方程,并给出了数值解。结果表明:表面能对细长纳米梁式质量传感器频率改变量的影响更为显著,忽略表面能会过高的预测吸附物的质量;横向剪切变形对较短的纳米梁式质量传感器频率改变量的影响更为显著,忽略横向剪切变形会过...
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 表面效应对纳米结构力学特性影响的研究概况
1.2.1 表面效应的产生及表征
1.2.2 表面效应对纳米结构弯曲行为的影响
1.2.3 表面效应对纳米结构屈曲行为的影响
1.2.4 表面效应对纳米结构振动行为的影响
1.2.5 表面效应对压电材料力学特性的影响
1.2.6 纳米开关吸合特性的研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 表面效应对纳米梁弯曲行为的影响
2.1 引言
2.2 表面效应对纳米梁弯曲及等效弹性模量的影响
2.2.1 纳米梁弯曲方程
2.2.2 纳米梁弯曲挠度
2.2.3 纳米梁的等效弹性模量
2.3 表面效应及横向剪切变形对纳米梁弯曲行为的影响
2.3.1 考虑横向剪切变形的纳米梁弯曲方程
2.3.2 横向剪切变形对纳米梁弯曲挠度的影响
2.4 本章小结
第3章 表面效应及吸附物对纳米梁振动的影响
3.1 引言
3.2 理论模型
3.2.1 运动方程
3.2.2 运动方程的数值解法
3.3 纳米梁状质量传感器频率改变量及灵敏度的分析
3.3.1 纳米梁频率改变量的分析
3.3.2 纳米梁状质量传感器灵敏度的分析
3.4 本章小结
第4章 压电效应及表面效应对纳米梁与板弯曲及力电特性的影响
4.1 引言
4.2 表面效应对压电纳米梁弯曲及力电耦合系数的影响
4.2.1 非局部压电理论
4.2.2 压电纳米梁的弯曲挠度
4.2.3 压电纳米梁的力电耦合系数
4.2.4 力电耦合系数及电场强度的分析
4.3 压电纳米薄板弯曲及能量收集行为
4.3.1 数学模型
4.3.2 压电纳米薄板能量收集行为的分析
4.4 本章小结
第5章 表面效应对电驱动纳米梁非线性弯曲及振动的影响
5.1 引言
5.2 电驱动固支纳米梁非线性弯曲及振动
5.2.1 非线性控制方程的推导
5.2.2 非线性控制方程的数值解
5.2.3 固支纳米梁的吸合电压与振动频率
5.3 电驱动悬臂梁非线性弯曲及振动
5.3.1 通用模型的构建
5.3.2 悬臂纳米梁运动方程
5.3.3 悬臂纳米梁运动方程的数值解法
5.3.4 悬臂纳米梁的吸合电压与振动频率
5.4 本章小结
第6章 表面效应对电驱动纳米板非线性弯曲及振动的影响
6.1 引言
6.2 修正偶应力理论
6.3 电驱动矩形纳米板非线性弯曲及振动
6.3.1 矩形纳米板运动方程
6.3.2 电驱动矩形纳米板的降阶模型
6.3.3 矩形纳米板的吸合电压与振动频率
6.4 电驱动圆形纳米板的非线性弯曲及振动
6.4.1 极坐标下圆形纳米板的运动方程
6.4.2 电驱动圆形纳米板的降阶模型
6.4.3 圆形纳米板的吸合电压与振动频率
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3818958
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 表面效应对纳米结构力学特性影响的研究概况
1.2.1 表面效应的产生及表征
1.2.2 表面效应对纳米结构弯曲行为的影响
1.2.3 表面效应对纳米结构屈曲行为的影响
1.2.4 表面效应对纳米结构振动行为的影响
1.2.5 表面效应对压电材料力学特性的影响
1.2.6 纳米开关吸合特性的研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 表面效应对纳米梁弯曲行为的影响
2.1 引言
2.2 表面效应对纳米梁弯曲及等效弹性模量的影响
2.2.1 纳米梁弯曲方程
2.2.2 纳米梁弯曲挠度
2.2.3 纳米梁的等效弹性模量
2.3 表面效应及横向剪切变形对纳米梁弯曲行为的影响
2.3.1 考虑横向剪切变形的纳米梁弯曲方程
2.3.2 横向剪切变形对纳米梁弯曲挠度的影响
2.4 本章小结
第3章 表面效应及吸附物对纳米梁振动的影响
3.1 引言
3.2 理论模型
3.2.1 运动方程
3.2.2 运动方程的数值解法
3.3 纳米梁状质量传感器频率改变量及灵敏度的分析
3.3.1 纳米梁频率改变量的分析
3.3.2 纳米梁状质量传感器灵敏度的分析
3.4 本章小结
第4章 压电效应及表面效应对纳米梁与板弯曲及力电特性的影响
4.1 引言
4.2 表面效应对压电纳米梁弯曲及力电耦合系数的影响
4.2.1 非局部压电理论
4.2.2 压电纳米梁的弯曲挠度
4.2.3 压电纳米梁的力电耦合系数
4.2.4 力电耦合系数及电场强度的分析
4.3 压电纳米薄板弯曲及能量收集行为
4.3.1 数学模型
4.3.2 压电纳米薄板能量收集行为的分析
4.4 本章小结
第5章 表面效应对电驱动纳米梁非线性弯曲及振动的影响
5.1 引言
5.2 电驱动固支纳米梁非线性弯曲及振动
5.2.1 非线性控制方程的推导
5.2.2 非线性控制方程的数值解
5.2.3 固支纳米梁的吸合电压与振动频率
5.3 电驱动悬臂梁非线性弯曲及振动
5.3.1 通用模型的构建
5.3.2 悬臂纳米梁运动方程
5.3.3 悬臂纳米梁运动方程的数值解法
5.3.4 悬臂纳米梁的吸合电压与振动频率
5.4 本章小结
第6章 表面效应对电驱动纳米板非线性弯曲及振动的影响
6.1 引言
6.2 修正偶应力理论
6.3 电驱动矩形纳米板非线性弯曲及振动
6.3.1 矩形纳米板运动方程
6.3.2 电驱动矩形纳米板的降阶模型
6.3.3 矩形纳米板的吸合电压与振动频率
6.4 电驱动圆形纳米板的非线性弯曲及振动
6.4.1 极坐标下圆形纳米板的运动方程
6.4.2 电驱动圆形纳米板的降阶模型
6.4.3 圆形纳米板的吸合电压与振动频率
6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历
本文编号：3818958
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3818958.html
最近更新
教材专著
