FG-SMA微梁热机电耦合失稳特性分析

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:starboyak
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微构件是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,简称MEMS)的重要组成部分,主要有微梁、微板、微薄膜、微壳等形式。系统利用其形变和位移来实现传感和执行的功能。近些年来,随着新型智能材料的发展,已有学者提出将功能梯度形状记忆合金材料(Functional Graded Shape Memory Alloy,简称FG-SMA)用于MEMS中。FG-SMA作为新型智能复合材料,不仅具有功能梯度材料(Functionally Graded Material,简称FGM)组分呈连续梯度变化的特性,可避免或减弱传统复合材料由于组分突变而产生的应力集中现象,又同时拥有形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的形状记忆效应和超弹性。因此,开展热-机-电多场耦合的FG-SMA微结构的吸合失稳、屈曲及热屈曲研究,对推进FG-SMA新型复合材料在MEMS中的应用具有重要意义。本次研究内容将从以下三个方面入手:(1)考虑尺寸效应,建立两端固定的FG-SMA微梁热-机-电多场耦合非线性力学模型。分析模型的无量纲化尺寸效应参数、几何参数、温度变化以及施加载荷的影响,基于冯?卡门von Kármán几何非线性理论和修正偶应力理论推导控制方程和边界条件,采用微分求积法(Differential Quadrature Method,简称DQM)对其进行求解。(2)研究两端固定的FG-SMA微梁模型的力学特性。基于上述模型,分析微梁模型在无量纲化尺寸效应参数、体积分数指数、长细比、间隙比、极板形状参数、温度变化、非线性电场力、分子间Casimir力作用下的吸合失稳、屈曲和热屈曲特性,求解相应的临界热屈曲温度、临界吸合失稳电压及临界吸合位移。(3)综合分析模型的几何参数、物性参数、温度变化和施加载荷对两端固定的FG-SMA微梁模型的吸合失稳、屈曲和热屈曲特性的影响规律。
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