考虑尺度效应具损伤微板的坍塌特性分析

基于Kirchhoff板理论和修正偶应力理论,研究具损伤弹性微板的坍塌特性,推导了微板的动力学方程并采用伽辽金法进行求解,分析了损伤变量、特征尺度参数、微板与固定电极之间的距离和边缘场对坍塌电压的影响.为了验证模型的合理性,将本文所得结果与文献结果进行了对比.数值结果表明:结构损伤会减小坍塌电压;而尺度效应会增大坍塌电压;微板与固定电极之间的距离越大,坍塌电压也越大;边缘场的存在对坍塌电压有微弱的影响.本文所得结论对微机电系统微板结构的设计和应用提供一定的理论指导.     

修正偶应力理论层合薄板自由振动模型及尺度效应

通过引入各向异性的细观尺度复合材料层合板的本构方程,将各向同性修正偶应力理论推广到各向异性,基于虚功原理首次建立了复合材料层合板新修正偶应力理论的自由振动模型.该理论包含不同的两个材料细观参数,偶应力曲率应变不对称.但是,用于各向同性材料与原修正偶应力理论等价,为了便于工程应用,建立了只含一个细观材料参数的偶应力层合薄板理论弯曲和振动的简化模型.算例表明建立的偶应力层合薄板模型能用于分析层合板的自由振动尺度效应.     

高温变形尺度效应及其微观结构

通过在200℃恒载荷的高温变形实验,对厚度（t）为10～200μm的铝箔的应变速率与厚度的变化规律进行了研究.在t≥50μm时,随厚度的降低,变形速率增加,而在t〈50μm时随厚度的降低,变形速率降低.根据实验结果,在t≥50μm时应变速率与厚度的关系符合幂率关系,其中的指数（α）大约在1～2之间,α依存于应力和晶粒大小.在t〈50μm时应变速率与厚度的关系则受到晶粒减小和织构增强的强烈影响.对高温变形机制的考察表明,其变形受晶界滑移控制.在变形微观结构的观察中找到了晶界滑移的证据.     

微小尺度流动应力波动尺度效应

通过对常温下具有不同晶粒直径的微型铜圆柱体进行镦粗实验,研究了微小尺度下流动应力波动尺度效应现象.结果表明,在应变量相同条件下,流动应力波动幅度随晶粒尺寸的增大而线性增大;在晶粒尺寸相同条件下,流动应力波动幅度随应变量的增大而增大.基于晶体塑性理论及数理统计理论,建立了流动应力波动幅度与晶粒尺寸和坯料几何尺寸间的关系.     

基于ANSYS的静电微执行器吸合现象分析

本文基于静电场和弹性薄板理论,对MEMS静电结构的吸合现象进行了理论分析并给出公式化结果。然后借助于有限元分析软件ANSYS,对微开关中的静电驱动微悬臂梁进行分析,得到其吸合现象对应参数的标准数值,最后实现理论数值和标准数值的比较,以期对MEMS微执行器设计提供一定的理论支撑。     

激励电压对梳齿式加速度计系统的影响

为优化梳齿式微硅加速度计的系统设计,研究了激励电压对加速度计性能和电路参数选择的影响。推导出的系统静电力方程说明,激励电压对静电力的影响相当于在预载电压上叠加了微幅高频干扰,该干扰决定了加速度计的标度因数稳定性。由闭环传递函数得出了标度因数稳定性与电路参数间的关系。实验结果表明,根据标度因数稳定性指标选取了合适的电路参数后,可以忽略激励电压对静电力的影响。在实际应用中,利用该结论可以减小加速度计尺寸并降低功耗。     

静电力反馈微加速度计的吸合失效

静电力反馈微加速度计的敏感质量与固定结构部分因静电力作用发生吸合失效,严重影响加速度计的可靠性。为根本解决吸合问题,分析了加速度计在开环、闭环的不同工作状态下发生吸合的机理,推导出由静电力、机械刚度和止挡间隙等参数确定的3个稳定条件,用于判断吸合是否发生。实验证明了稳定条件是正确的。工程实际中,3个稳定条件可以指导此类加速度计的可靠性设计,通过选择合理的机械及电气参数,可以完全避免发生吸合失效。     

Bernoulli-Euler微梁振动特性的尺寸效应

基于修正偶应力理论推导任意截面形状Bernoulli-Euler微梁的变形能、弯曲刚度、外力功、动能等基本变量的偶应力理论表达式,进而通过Hamilton原理建立Bernoulli-Euler微梁的偶应力理论动力微分方程.根据偶应力理论弯曲刚度表达式,研究任意截面形状Bernoulli-Euler微梁弯曲刚度的尺寸效应...     

旋转内接微梁的动力学建模及稳定性分析

在微尺度领域,材料力学性能存在尺度效应,使微梁动力学性态较传统宏观尺度柔性梁的动力学性态呈现明显不同.对固结于旋转刚环上内接微梁刚柔耦合动力学特性进行了研究,在精确描述微梁非线性变基础上,利用偶应力理论和Hamilton变分原理,在计入微梁由于横向变而引起的轴向变二耦合量条件下,推导出一次近似耦合模.首先忽略微梁纵向变影响,给出一次近似简化模,引入无量纲变量,对简化模做无量纲化处理,分析在非惯性系下内接微梁动力学响应,并与外接微梁进行比较;其次研究尺度效应对内接微梁动力特性影响.研究发现,与外接微梁只存在动力刚化效应不同,内接微梁还存在着动力柔化效应;本文给出了内接微梁无条件稳定临界径长比以及有条件稳定临界转速计算方法;尺度效应使微梁振动频率增大,振幅减小,提高了内接微梁失稳临界转速;随着模态断数增加,内接微梁失稳临界转速减小且有收敛值.     

三维微机电系统结构静电性质的计算

介绍对任意厚度极板同样准确并对需要计算的静电性质的任意结构适用的边界元方法解算器,包括那些适于微机电系统的算法.解算器准确度的原因是使用闭形解析表达式的事实,这些表达式在整个物理范畴对计算感应系数是非常有效的.这样,有可能使边界元方法最严格的近似失效,也就是电荷分布在边界单元上的效应可以用定位在单位元的质心的电荷近似.这里,专心于结构的电荷密度和电容,二者对有效的微机电系统的设计都非常重要.     

流动应力下降尺度效应的数值模拟

采用率相关晶体塑性本构关系及弹塑性大变形增量有限元方法,通过在晶粒尺寸相同条件下模拟不同尺寸微型铜圆柱体镦粗实验,对流动应力下降尺度效应现象进行了数值模拟研究,获得了与实验及表面层模型较为一致的结果.结果表明,随着坯料尺寸的减小,流动应力逐渐下降;晶体塑性理论能够解释并描述流动应力下降尺度效应现象,并在一定程度上对流动应力下降幅度做出预测.     

集成隐藏式3维梳齿电极驱动器的低吸合电压CMOS-MEMS微镜阵列

微镜阵列芯片是大尺寸画面投影显示系统的主流光学图形产生器.针对德州仪器公司的数字微镜芯片中微镜吸合电压较高的问题,本文采用CMOS后端金属互连层制备隐藏垂直梳齿电极驱动的低吸合电压微镜,在CMOS后端工艺中基本完成MEMS微镜阵列的结构制备,然后在CMOS工艺后附加少量的Post-CMOS工艺.我们采用0.35-μm ...     

功能梯度悬臂输流微管的自由振动分析

为了研究功能梯度悬臂输流微管的振动特性,以修正偶应力理论为基础,采用Euler-Bernoulli梁模型,应用Hamilton原理建立功能梯度悬臂输流微管横向振动方程和边界条件.通过Galerkin法对高阶偏微分方程进行降阶,将其离散化为常微分方程,运用Matlab软件进行数值求解.结果表明:随着功能梯度材料幂律指数的...     

基于干湿法活化相结合的硅-硅低温键合

针对传统的硅片低温键合方法,提出了一种将湿法活化与等离子体干法活化相结合的硅片直接键合方法.通过工艺参数实验得到了在等离子体活化时间为90s、预键合施加负载为1 500N时可以实现较好的键合.之后进行了此法与干法活化和湿法活化的对比实验,结果表明此法在获得较高键合强度的同时可以明显减少采用干法时在退火后空洞的产生,满足后续工艺的使用要求.最后用干湿结合的方法实现了带腔体硅片的键合,弥补了湿法活化在硅片键合上的运用限制.     

一种静电驱动微机械元件的结构模型

静电驱动的微机械装置是许多微机电系统(MEMS)中的重要模块。根据微光机电系统(MOEMS)可编程相位光栅的设计思想,提出一种静电驱动的微机械元件(微梁)作为可编程光栅的基本结构元件,并以ANSYS软件的有限元分析为依据,对其结构模型作较深入的研究,探讨了各主要结构参数及控制电压对结构驱动性能的影响。结果表明,在设计尺度范围内,微梁主要结构参数按照对光带变形的影响大小排列分别为微梁厚度、微梁变形前与衬底间的距离及微梁长度.     

方腔自然对流中力的尺度效应

为了澄清微尺度自然对流与宏观大尺度的联系和区别,用数值模拟的方法研究了不同尺度(瑞利数Ra=1～108)下方腔自然对流中惯性力与粘性力之比。结果表明:随着尺度减小,粘性力相对于惯性力作用越来越强,当尺度减小到一定程度(Ra<103),粘性力相对于惯性力绝对占优。在方腔自然对流中,正是惯性力和粘性力的尺度效应导致了不同尺度下换热关系式的不同。     

动压密封技术界面微尺度效应研究现状及其有效利用思路探讨

动压密封技术广泛应用于工业生产中的各个相关领域,密封摩擦副表面的粗糙度及其纹理对流体的流动、减摩或动压产生有较大影响.介绍了流体润滑中动压机械密封界面微尺度效应的影响方式及作用机理,重点阐述了表面织构和表面粗糙度微尺度效应对流体动压机械密封性能的影响.合理的表面织构有助于提高流体动压密封的稳定性,依据相关研究结论及课题...     

表面张力的尺度效应与托尔曼长度

介绍了表面张力的尺度效应、托尔曼长度、分子动力学和密度泛函方法.由于文献中所得结论有一定的分歧,所以表面张力尺度效应的研究有理论和实践意义.     

中子活化截面测量中γ射线符合加合效应的修正

介绍了中子活化截面测量中γ射线的符合加合效应及对该效应进行修正的修正系数．     

损伤跨尺度演化导致的混凝土强度尺寸效应

基于直接从混凝土破坏机理出发建立的混凝土材料微裂纹模型,对不同尺寸的混凝土三点弯梁试样进行了多尺度建模,对损伤演化导致的试样破坏进行了数值仿真分析,探讨了混凝土尺寸效应的发生机理.研究结果表明:混凝土材料微裂纹模型能成功模拟混凝土中微裂纹分布式生长、聚合、宏观裂纹形成与扩展、试样破坏的全过程;随着混凝土梁试样尺寸的增大,试样中的微裂纹数目及其分布的随机性也随之增加;这些裂纹在微细观尺度上的无序效应在损伤跨尺度演化过程中被放大,导致混凝土试样的宏观力学行为随之变化,即强度减小,断裂能增大,宏观性能的离散度减小;损伤跨尺度的非线性串级发展是导致混凝土强度尺寸效应的根源;相较于Bazant尺寸效应,模拟结果更符合Carpinteri多重分形尺寸效应律.