MEMS微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的尺度效應(yīng)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。隨之而來(lái)的微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造得到了大量的關(guān)注。越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)材料的本征長(zhǎng)度為微米量級(jí)時(shí)，金屬材料的力學(xué)性能呈現(xiàn)出很強(qiáng)的尺寸效應(yīng)。經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)理論已經(jīng)無(wú)法解釋這些現(xiàn)象。因此，對(duì)微尺度下材料的力學(xué)性能研究將會(huì)對(duì)MEMS的發(fā)展帶來(lái)巨大的影響。 經(jīng)典彈性理論是建立在材料的均勻、連續(xù)等假設(shè)之上的，忽略了材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)對(duì)材料力學(xué)性能的影響。本文基于偶應(yīng)力理論，在經(jīng)典彈性理論基礎(chǔ)上，引入偶

2、應(yīng)力和轉(zhuǎn)動(dòng)梯度，重新建立MEMS微結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，推導(dǎo)其平衡方程、邊界條件，并建立了在連續(xù)介質(zhì)理論框架下基于偶應(yīng)力理論的新的本構(gòu)模型，和利用這個(gè)模型分析了細(xì)銅絲扭轉(zhuǎn)和微薄板彎曲以及平板式電容加速度計(jì)的尺度效應(yīng)行為。 應(yīng)用高階應(yīng)變梯度理論分析微結(jié)構(gòu)中孔邊應(yīng)力集中問題。在經(jīng)典彈性理論基礎(chǔ)上，引入高階應(yīng)力和其本構(gòu)關(guān)系，推導(dǎo)出含有應(yīng)變梯度效應(yīng)的孔邊應(yīng)力集中問題的力學(xué)模型，并通過(guò)半逆解法，得出應(yīng)力和高階應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力函數(shù)，從而獲得其應(yīng)力