微米量级梁板结构弹性尺度效应的理论和实验研究
发布时间：2022-02-13 09:15
随着材料科学、微加工技术和微电子技术的迅速发展与交叉融合,微机电系统（MEMS）迅速兴起并逐步得到了广泛的应用。微机电系统的基本组成单元为特征尺寸在微米/亚微米的微梁、微板、微壳和微薄膜等。当微构件的特征尺寸下降到微米/亚微米时,其物理力学性能与宏观尺寸下有很大的不同,表现出随特征尺寸变化而改变的特性,即尺度效应。近年来,在高分子聚合物、单晶硅微梁的静态实验中观察到了其弹性变形的尺度效应。因经典连续介质力学理论无法预测微构件力学性能的尺度效应,目前已发展了包括修正的偶应力理论和应变梯度弹性理论在内的若干非经典连续介质力学理论。有关微构件力学性能弹性尺度效应的理论和实验研究已成为当前微纳米力学领域的热点课题之一。本文以微构件力学性能的弹性尺度效应为背景,在理论研究方面,基于修正的偶应力理论和相应的板梁变形理论,详细探讨了功能梯度材料微尺度梁结构的稳态波传播、热振动和热屈曲,板结构的静态弯曲和自由振动特性。另一方面,通过自主搭建的微结构动态行为实时测量系统,首次对微米尺度金属梁单元动态行为的尺度效应进行了实验研究。本文的主要研究成果如下:1.基于修正的偶应力理论和Bernoulli-Eul...
【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３微尺度硅悬臂梁微弯曲实验［６］??
Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｆｅｉｍ）?Ｄｅｆｔｅｃｔｌｏｎ?（ｆｉｍ）??图１－３微尺度硅悬臂梁微弯曲实验［６］??２０１１年，Ａｌｉｃｉ等［６］在原子力显微镜下进行了微纳尺度硅悬臂梁的静态弯曲实验。??其中微米尺度硅悬臂梁厚度为ｌ＾ｍ和２ｐｍ，纳米尺度硅悬臂梁的厚度为０．４Ｒｍ和??０．６ｐｍ。实验所得的载荷位移曲线与基于修正的偶应力理论所得的结果符合的很好，??同时与基于经典力学理论的结果差异显著，如图１－３所示。２０１６年，１＾此〇１（１等［７］在??原子力显微镜下对微尺度环氧树脂（Ｅｐｏｘｙ）和光刻胶（ＳＵ－８）悬臂梁进行了静态弯曲??实验。环氧树脂厚度范围为１７－１７０—，光刻胶厚度范围为８－４０—。实验中观察到环??氧树脂和光刻胶微悬臂梁的等效弹性模量随着微梁厚度的减小而增大的现象，如图??
７０－??０．０?０．３?０．６?０．９?１．２?１．５?１．８?２．１?２．４?２．７??图１－５?Ｆｌｅｃｋ等的细铜丝扭转实验［１２］??３５０?？?ｉ?ｎ?？?ｎ?１?＇?＼?＊?ｉ?１＇?＊?ｉ?＇?？??／?＝３．６９?ｆｉｍ??３００?－?／?＝３．２８?ｐｍ???－??￡?／?＝２．０５广??１．?２５０?－?＿?－??＼２ｍ??１１５〇??－??＂ａ?？?０ｒ?＿?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄａｔａ２ａ＝１０５｜ｉｒｒｉ?．??Ｊ?１００?－?ｆ?？?２ａ＝４２ｕｍ?－??ｒｏ?▲?２ａ＝３０｜ｉｍ??§?５０?■?＊?２ａ＝１８＾ｍ?－??Ｚ??Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃｓ丨?Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ??Ｑ?ＩＸ?ｉ?，?Ｉ?．?ｉ?，?Ｉ?．?？?．?Ｉ?．??０．０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７??Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｓｈｅａｒ?Ｓｔｒａｉｎ?Ｋａ??图１－６何玉明等的细铜丝扭转实验［１３］??以上有关微结构弹性变形和塑性变形力学行为的实验研究工作表明，当微构件??的尺寸减小到微米／亚微米量级时
【参考文献】：
期刊论文
[1]含弱界面的微纳尺度双层梁的热弹性分析[J]. 毛国勇,刘东滢,陈伟球. 力学季刊. 2014(01)
[2]考虑尺度效应的微平板声振耦合特性研究[J]. 任树伟,辛锋先,卢天健. 中国科学:技术科学. 2014(02)
[3]偶应力理论层合梁的稳定性及尺度效应[J]. 陈万吉,郑楠. 沈阳航空航天大学学报. 2012(04)
[4]功能梯度材料的研究现状及展望[J]. 李信,刘海昌,滕元成,鲁伟员. 材料导报. 2012(S1)
[5]微机电系统的研究与展望[J]. 陈勇华. 电子机械工程. 2011(03)
[6]微薄梁三点弯曲的尺度效应研究[J]. 冯秀艳,郭香华,方岱宁,王自强. 力学学报. 2007(04)
[7]功能梯度材料在隐身方面的应用[J]. 鲁先孝,马玉璞,林新志. 材料开发与应用. 2007(02)
[8]用电子散斑法对纯镍薄片弯曲变形的测量[J]. 郭香华,方岱宁,李喜德. 力学与实践. 2005(02)
硕士论文
[1]复合材料层合板/梁修正偶应力理论及振动尺度效应[D]. 李小鹏.沈阳航空航天大学 2013
[2]细观尺度复合材料层合结构稳定性及尺度效应分析[D]. 郑楠.沈阳航空航天大学 2013
[3]复合材料机翼结构分析与细观层合梁理论[D]. 陈薇薇.沈阳航空航天大学 2012
本文编号：3622923
【文章来源】：华中科技大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－３微尺度硅悬臂梁微弯曲实验［６］??
Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ?ｆｅｉｍ）?Ｄｅｆｔｅｃｔｌｏｎ?（ｆｉｍ）??图１－３微尺度硅悬臂梁微弯曲实验［６］??２０１１年，Ａｌｉｃｉ等［６］在原子力显微镜下进行了微纳尺度硅悬臂梁的静态弯曲实验。??其中微米尺度硅悬臂梁厚度为ｌ＾ｍ和２ｐｍ，纳米尺度硅悬臂梁的厚度为０．４Ｒｍ和??０．６ｐｍ。实验所得的载荷位移曲线与基于修正的偶应力理论所得的结果符合的很好，??同时与基于经典力学理论的结果差异显著，如图１－３所示。２０１６年，１＾此〇１（１等［７］在??原子力显微镜下对微尺度环氧树脂（Ｅｐｏｘｙ）和光刻胶（ＳＵ－８）悬臂梁进行了静态弯曲??实验。环氧树脂厚度范围为１７－１７０—，光刻胶厚度范围为８－４０—。实验中观察到环??氧树脂和光刻胶微悬臂梁的等效弹性模量随着微梁厚度的减小而增大的现象，如图??
７０－??０．０?０．３?０．６?０．９?１．２?１．５?１．８?２．１?２．４?２．７??图１－５?Ｆｌｅｃｋ等的细铜丝扭转实验［１２］??３５０?？?ｉ?ｎ?？?ｎ?１?＇?＼?＊?ｉ?１＇?＊?ｉ?＇?？??／?＝３．６９?ｆｉｍ??３００?－?／?＝３．２８?ｐｍ???－??￡?／?＝２．０５广??１．?２５０?－?＿?－??＼２ｍ??１１５〇??－??＂ａ?？?０ｒ?＿?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｄａｔａ２ａ＝１０５｜ｉｒｒｉ?．??Ｊ?１００?－?ｆ?？?２ａ＝４２ｕｍ?－??ｒｏ?▲?２ａ＝３０｜ｉｍ??§?５０?■?＊?２ａ＝１８＾ｍ?－??Ｚ??Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃｓ丨?Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｓ??Ｑ?ＩＸ?ｉ?，?Ｉ?．?ｉ?，?Ｉ?．?？?．?Ｉ?．??０．０?０．１?０．２?０．３?０．４?０．５?０．６?０．７??Ｓｕｒｆａｃｅ?Ｓｈｅａｒ?Ｓｔｒａｉｎ?Ｋａ??图１－６何玉明等的细铜丝扭转实验［１３］??以上有关微结构弹性变形和塑性变形力学行为的实验研究工作表明，当微构件??的尺寸减小到微米／亚微米量级时
【参考文献】：
期刊论文
[1]含弱界面的微纳尺度双层梁的热弹性分析[J]. 毛国勇,刘东滢,陈伟球. 力学季刊. 2014(01)
[2]考虑尺度效应的微平板声振耦合特性研究[J]. 任树伟,辛锋先,卢天健. 中国科学:技术科学. 2014(02)
[3]偶应力理论层合梁的稳定性及尺度效应[J]. 陈万吉,郑楠. 沈阳航空航天大学学报. 2012(04)
[4]功能梯度材料的研究现状及展望[J]. 李信,刘海昌,滕元成,鲁伟员. 材料导报. 2012(S1)
[5]微机电系统的研究与展望[J]. 陈勇华. 电子机械工程. 2011(03)
[6]微薄梁三点弯曲的尺度效应研究[J]. 冯秀艳,郭香华,方岱宁,王自强. 力学学报. 2007(04)
[7]功能梯度材料在隐身方面的应用[J]. 鲁先孝,马玉璞,林新志. 材料开发与应用. 2007(02)
[8]用电子散斑法对纯镍薄片弯曲变形的测量[J]. 郭香华,方岱宁,李喜德. 力学与实践. 2005(02)
硕士论文
[1]复合材料层合板/梁修正偶应力理论及振动尺度效应[D]. 李小鹏.沈阳航空航天大学 2013
[2]细观尺度复合材料层合结构稳定性及尺度效应分析[D]. 郑楠.沈阳航空航天大学 2013
[3]复合材料机翼结构分析与细观层合梁理论[D]. 陈薇薇.沈阳航空航天大学 2012
本文编号：3622923
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3622923.html
