具损伤微纳米结构的非线性动力学分析

发布时间：2017-04-02 04:01

  本文关键词：具损伤微纳米结构的非线性动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：压电材料作为一种新型的材料在各行各业中得到广泛的运用。压电元器件的广泛运用促进批量生产制造技术的成熟。批量化程度越高，单个元器件成本越低，相比传统元件的优势越明显。同时，由于广泛使用，暴露出来的问题就越多。随着几何尺寸的缩小，元器件的力学特性却不是宏观尺寸的对应缩小，表现出与几何尺寸相关性。另一方面，压电元器件在制造和使用过程中不可避免的会带来损伤，元器件出现微小损伤立刻更换不太现实，这时对元器件损伤分析具有很大的意义。许多压电元器件都可以简化为微梁模型，本文针对损伤压电层合悬臂微梁模型，展开如下几个方面的研究： 考虑尺寸效应和损伤效应，研究具损伤微梁在电场和结构场的耦合作用下的非线性坍塌特性。文中构建了考虑尺寸效应和损伤效应的压电微梁的本构关系。首先进行理论分析，基于连续介质力学理论和Euler-Bernoulli梁理论推导出具损伤压电微梁的非线性动力学控制方程，采用Galerkin法将控制方程转变为常微分方程，由数值积分求解微梁的响应。讨论几何非线性、微梁长度、损伤变量、控制电压等参数对微梁挠度的影响，并得到各种条件下的临界坍塌电压。然后，采用有限元方法分析微梁的坍塌，并与理论分析结果作对照。从两个分析途径均可得出如下结论：当控制电压增大、损伤变量增大时，微梁的临界坍塌电压降低。 采用谐波平衡法研究悬臂微梁的振动。计算微梁的自由振动、受直流电压作用的受迫振动和受交流电作用的受迫振动。讨论阻尼系数、微梁长度、损伤变量、控制电压、负载电压等参数对微梁振动幅频特性的影响。
【关键词】：压电效应 损伤效应 尺寸效应 有限元 静力坍塌 非线性振动 幅频响应
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 论文中符号及意义10-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景及意义13-17
• 1.1.1 微机电系统的基本概念13
• 1.1.2 微机电系统的发展历程13-14
• 1.1.3 微机电系统的特点14-15
• 1.1.4 微机电系统在各个方面的运用15-17
• 1.2 微机电系统损伤的产生17
• 1.3 相关领域的研究现状17-19
• 1.3.1 MEMS 微梁结构的研究17-19
• 1.3.2 MEMS 尺寸效应的研究19
• 1.4 本文的主要研究内容和创新19-21
• 1.4.1 本文的主要研究内容19-20
• 1.4.2 本文的主要创新20-21
• 第2章 基本理论21-26
• 2.1 损伤力学基本理论21-22
• 2.2 尺寸效应理论22-24
• 2.3 压电材料坍塌24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 损伤层合压电微梁坍塌分析26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 基本方程26-34
• 3.2.1 不考虑几何非线性微梁控制方程28-32
• 3.2.2 考虑几何非线性微梁控制方程32-34
• 3.3 基本方程求解34-37
• 3.3.1 不考虑非线性情况34-36
• 3.3.2 考虑几何非线性静力坍塌36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 ANSYS 模拟微梁在耦合场的坍塌38-48
• 4.1 引言38
• 4.2 建模加载和计算38-40
• 4.3 结果分析40-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 损伤层合压电微梁的振动分析48-57
• 5.1 引言48
• 5.2 基本方程48-50
• 5.3 非线性自由振动50-52
• 5.4 受迫振动52-56
• 5.5 本章小结56-57
• 总结与展望57-59
• 总结57-58
• 展望58-59
• 参考文献59-65
• 致谢65-66
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文66-67
• 附录B 攻读学位期间所参与的科研项目67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 ;Size effect on the static behavior of electrostatically actuated microbeams[J];Acta Mechanica Sinica;2011年03期

2 张威,张大成,王阳元;MEMS概况及发展趋势[J];微纳电子技术;2002年01期

3 杨昊宇;赵小林;戴旭涵;邵国成;丁桂甫;;平面线圈型MEMS微电磁驱动器的理论分析与实验研究[J];传感技术学报;2006年05期

4 凌源;鲍景富;李昕熠;黄裕霖;寇波;赵兴海;;高隔离度阶跃结构MEMS开关的设计[J];微纳电子技术;2013年10期

5 郝一龙,贾玉斌;谐振加速度计的非线性分析[J];纳米技术与精密工程;2003年01期

6 陈明君;庞启龙;刘新艳;;KDP晶体微纳加工表层杂质对其激光损伤阈值影响的有限元分析[J];强激光与粒子束;2008年07期

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本文编号：281810