具有初始应力的纳米谐振器热弹性衰减特性分析
发布时间：2021-01-05 23:02
微纳米元件与生活中的普通材料相比在医疗、物理、导电等方面有着更为优越的性能,纳米元件利用谐振方式工作的特点使其在传感器方面利用颇为广泛。微纳米谐振器在工作时受拉的地方热量会减少而受压的地方热量会增加。热量会不可避免的从高温场流向低温场且会有一部分流向纳米杆外。在计算过程中用热弹性阻尼来定义纳米杆振动一个周期时能量耗散的多少,并以此分析纳米谐振器在工作时的能量衰减问题。本文在后面讨论的热弹性衰减问题是基于广义热弹性理论,该理论在分析能量耗散问题时涉及了热松弛时间这一概念。通过MD模拟来讨论初始应力对热松弛时间的影响,结果表明,当纳米杆两端施加的初始应力不足以破坏纳米杆时,初始应力不会影响纳米杆的热响应时间。进一步证明热松弛时间作为纳米杆固有的参数,它的变化不会受到初始应力、热源激励的温度以及纳米杆结构尺寸的影响。此外还模拟了纳米杆内部空心部分的结构尺寸、不同截面对其热松弛时间的影响。在对纳米杆的热弹性阻尼进行模拟时考虑了在纳米杆两端施加初始应力的影响,首先分析了纳米杆的振动周期与初始应力的大小关系,纳米杆的振动周期会随着两端初始力的增加而减小;经过数据处理之后发现随着纳米杆两端初始应力的...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
陀螺仪结构图（施芹，2008）
5于其仅考虑表面应力而忽略了速度传播的有限性，因此，Ru的理论仍然存在不足；LifshitzRandRoukesML（LifshitzRandRoukesML，2000）在复频率法的基础上进行推导计算出了热弹性阻尼的表达式，但这种方法仍然是在经典的傅里叶定律的基础上得来的，随着纳米杆的尺寸减小，在振动过程中的周期会越来越校Lifshitz认为线弹性方程只适用于计算纳米杆轻微弯曲时的阻尼，并且证明热弹性阻尼是谐振器的一个重要概念。国内方面：Wang（Wang，2001）在L-S计算模型的基础上，利用傅里叶级数展开计算出了一维形式传热问题的关系式；何天虎等（何天虎，2003）研究了简支梁模型的纳米杆热弹性衰减问题；Zhang（Zhang，2004）分析了纳米谐振器纵向振动时的热弹性耗散问题，但在计算过程中未完全考虑边界条件；黄殿武（黄殿武，2006）经过实验证明表面应力对热弹性衰减存在影响并解释了纳米杆的热弹性阻尼在表面效应作用下的尺度相关性。Fig.1-5Relationshipbetweenfilmthicknessandthermoelasticdamping（Huang，2006）图1-5热弹性阻尼（有无表面效应）与膜厚度之间关系（黄殿武，2006）Sun等（Sun，2006）在一个松弛时间的理论基础上建立了考虑热弹性耦合形式下的振动方程，并采用Laplus变换和Fourier变换的方法计算出了纳米杆的热弹性阻尼；Zhou等（Zhou，2006）在双相滞后传热模型的基础上对激光照射后的铝箔的热弹性衰减进行研究，以及探讨了热松弛、热延迟时间与热传导之间的联系；冯闯等（冯闯，2007）证明了空气中气体阻尼与热弹性之间的关系，并
7图1-6温度对导热系数的影响（Asir，2017）图1-7温度对导热系数的影响（Li，2003）总之，目前对纳米结构材料传热问题的研究大多集中在分析热导率问题上，杨德锋（杨德锋，2018）基于分子动力学的相关知识，分析了不同因素对纳米结构材料热松弛时间的影响。本文第三章将会以同样的方法探讨不同因素对纳米元件热松弛时间的影响。1.2.3初始应力对热弹性衰减的研究现状目前，研究初始应力对谐振器工作效率的影响相对较少，黄德进通过实验（黄德进，2013）发现，压电薄膜体声波谐振器在初始应力的作用下振动频率明显加
本文编号：2959455
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
陀螺仪结构图（施芹，2008）
5于其仅考虑表面应力而忽略了速度传播的有限性，因此，Ru的理论仍然存在不足；LifshitzRandRoukesML（LifshitzRandRoukesML，2000）在复频率法的基础上进行推导计算出了热弹性阻尼的表达式，但这种方法仍然是在经典的傅里叶定律的基础上得来的，随着纳米杆的尺寸减小，在振动过程中的周期会越来越校Lifshitz认为线弹性方程只适用于计算纳米杆轻微弯曲时的阻尼，并且证明热弹性阻尼是谐振器的一个重要概念。国内方面：Wang（Wang，2001）在L-S计算模型的基础上，利用傅里叶级数展开计算出了一维形式传热问题的关系式；何天虎等（何天虎，2003）研究了简支梁模型的纳米杆热弹性衰减问题；Zhang（Zhang，2004）分析了纳米谐振器纵向振动时的热弹性耗散问题，但在计算过程中未完全考虑边界条件；黄殿武（黄殿武，2006）经过实验证明表面应力对热弹性衰减存在影响并解释了纳米杆的热弹性阻尼在表面效应作用下的尺度相关性。Fig.1-5Relationshipbetweenfilmthicknessandthermoelasticdamping（Huang，2006）图1-5热弹性阻尼（有无表面效应）与膜厚度之间关系（黄殿武，2006）Sun等（Sun，2006）在一个松弛时间的理论基础上建立了考虑热弹性耦合形式下的振动方程，并采用Laplus变换和Fourier变换的方法计算出了纳米杆的热弹性阻尼；Zhou等（Zhou，2006）在双相滞后传热模型的基础上对激光照射后的铝箔的热弹性衰减进行研究，以及探讨了热松弛、热延迟时间与热传导之间的联系；冯闯等（冯闯，2007）证明了空气中气体阻尼与热弹性之间的关系，并
7图1-6温度对导热系数的影响（Asir，2017）图1-7温度对导热系数的影响（Li，2003）总之，目前对纳米结构材料传热问题的研究大多集中在分析热导率问题上，杨德锋（杨德锋，2018）基于分子动力学的相关知识，分析了不同因素对纳米结构材料热松弛时间的影响。本文第三章将会以同样的方法探讨不同因素对纳米元件热松弛时间的影响。1.2.3初始应力对热弹性衰减的研究现状目前，研究初始应力对谐振器工作效率的影响相对较少，黄德进通过实验（黄德进，2013）发现，压电薄膜体声波谐振器在初始应力的作用下振动频率明显加
本文编号：2959455
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