微尺度下結(jié)構(gòu)的靜動力學(xué)行為研究.pdf

1、隨著微機(jī)械加工技術(shù)水平的提高，微機(jī)電系統(tǒng)這一新興科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域得以發(fā)展，并在信息通信、航空航天、生物醫(yī)學(xué)和軍事等領(lǐng)域都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。由于微器件和微機(jī)械的結(jié)構(gòu)尺寸一般在微米甚至納米量級，在研究微結(jié)構(gòu)力學(xué)行為時，微尺度效應(yīng)影響不容忽視。因此，對微機(jī)電系統(tǒng)的研究需要建立考慮微尺度效應(yīng)的理論模型來精確預(yù)測微結(jié)構(gòu)的各種力學(xué)行為。
　　 本文運(yùn)用修正偶應(yīng)力理論或應(yīng)變梯度理論構(gòu)建完成一系列用于分析微結(jié)構(gòu)靜動力學(xué)行為 (靜態(tài)變形、振動、

2、屈曲等)的理論模型。為了描述微尺度效應(yīng)，修正偶應(yīng)力和應(yīng)變梯度理論模型分別引入一個和三個與微結(jié)構(gòu)有關(guān)的材料內(nèi)稟長度。通過三種微結(jié)構(gòu) (微梁、微板和微輸液管)的靜動力學(xué)行為研究，探討了微尺度效應(yīng)的影響和尺度效應(yīng)強(qiáng)弱的影響因素。主要研究工作如下：
　　 1、基于修正偶應(yīng)力理論，分別建立用于研究微尺度下懸臂輸液管的動力特性和穩(wěn)定性的Bernoulli-Euler梁及Timoshenko梁模型。算例分析表明：懸臂微輸液管的振動頻率和阻尼特

3、性均具有尺度效應(yīng)，非經(jīng)典梁模型預(yù)測的臨界流速值偏高，輸液管系統(tǒng)偏于穩(wěn)定。
　　 2、采用應(yīng)變梯度理論建立一種可預(yù)測微尺度效應(yīng)的微輸液管動力學(xué)模型。與修正偶應(yīng)力理論模型結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，在包含旋轉(zhuǎn)梯度張量，同時考慮膨脹梯度張量和拉伸梯度張量的偏斜分量后，微輸液管具有更高的固有頻率和臨界流速，尺度效應(yīng)更顯著。
　　 3、以修正偶應(yīng)力理論為基礎(chǔ)，建立分析微板振動特性的理論模型。以兩類不同邊值的矩形板問題為例，研究了微尺度效應(yīng)對微板

4、固有頻率的影響規(guī)律。
　　 4、利用修正偶應(yīng)力理論建立了非線性的微梁模型并研究了微梁的靜態(tài)彎曲、屈曲和自由振動。研究表明：微梁在橫向載荷下的靜態(tài)變形、軸向載荷下的臨界屈曲載荷和屈曲形態(tài)以及初始側(cè)向位移下的非線性固有頻率皆具有尺度效應(yīng)。
　　 5、應(yīng)用修正偶應(yīng)力理論進(jìn)一步建立力-電耦合非經(jīng)典梁模型，研究了靜電驅(qū)動微梁的pull-in特性。結(jié)果表明：靜電驅(qū)動微梁的微尺度效應(yīng)表現(xiàn)在更小的靜態(tài)撓度和更高的pull-in電壓值，且