基于尺寸效应的FG-SMA微梁非线性自由振动特性研究

发布时间：2021-03-28 09:15

　　形状记忆合金具有相变温度低、输出应力高、能耗小、驱动电压低、可恢复应变大、生物相容性好等特性.随着形状记忆合金制备技术的进一步发展,有学者提出将功能梯度形状记忆合金材料用于微机电系统等智能微结构,将使其具有更优良的特性.因此开展机电多场耦合功能梯度形状记忆合金微结构的非线性自由振动特性研究具有重要研究价值.论文基于冯卡门几何非线性理论,综合考虑静电力和分子间作用力的影响,考虑尺寸效应,基于修正偶应力理论,建立两端固定的功能梯度形状记忆合金微梁模型,对功能梯度形状记忆合金微梁相变前后的机电耦合非线性自由振动问题进行深入研究,分析了尺寸效应参数、几何结构参数和相变参数等对功能梯度形状记忆合金微梁自由振动特性的影响. 

【文章来源】：固体力学学报. 2020,41(03)北大核心CSCD

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

微梁模型

由图1(b)可知因可动电极上极板是功能梯度形状记忆合金材料,其物理中平面与几何中性面并不重合.研究表明采用物理中性面可以避开FGM结构中的弯曲-拉伸耦合因素.因此,本文中w、u均表示物理中性面的位移分量(z=z0).其中,z0是物理中性面原点在几何中平面坐标系的z坐标,Ef是FG-SMA微梁的等效弹性模量.

体相变,产生相变应变,达到某一温度奥氏体会完全转变成马氏体(M),在相变过程中产生的相变应变最大值被称为最大相变应变,一般而言NiTi形状记忆合金最大相变应变取0.032[43],但是由碳化硅(SiC)材料和镍钛(NiTi)形状记忆合金材料复合而成的FG-SMA微梁,最大相变应变取值会随着梯度参数n的变化而变化.图3是在不同的最大相变应变下,FG-SMA微梁非线性自由振动频率和动态吸合失稳电压的变化情况,可以看出,NiTi形状记忆合金发生马氏体相变以后,由于微梁刚度降低,FG-SMA微梁非线性自由振动频率和动态吸合失稳电压变小;且随着最大相变应变的增大,FG-SMA微梁非线性自由振动频率和动态吸合失稳电压均变小.2.3 尺寸效应参数

【参考文献】：
期刊论文
[1]NiTi形状记忆合金热-力耦合循环变形行为宏微观实验和理论研究进展[J]. 康国政,于超,阚前华.  固体力学学报. 2015(06)
[2]功能梯度形状记忆合金细观力学本构模型[J]. 薛立军,兑关锁,刘兵飞.  工程力学. 2014(02)
[3]功能梯度形状记忆合金梁纯弯曲的理论分析[J]. 薛立军,兑关锁,刘兵飞.  机械工程学报. 2012(22)
[4]形状记忆合金力学特性的细观力学分析[J]. 王足,朱玉萍,兑关锁,崔海宁.  北京交通大学学报. 2008(01)

博士论文
[1]功能梯度形状记忆合金热—力学性能研究[D]. 薛立军.北京交通大学 2014



本文编号：3105283