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应变梯度对静电力驱动微梁吸合电压的影响
  • ISSN号:1001-9669
  • 期刊名称:《机械强度》
  • 时间:0
  • 分类:O343[理学—固体力学;理学—力学] TB301[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]山东大学土建与水利学院,济南250061, [2]山东大学机械工程学院,济南250061
  • 相关基金:国家自然科学基金(10572077)、山东省自然科学基金(Y2007F20)资助项目.
中文摘要:

基于应变梯度理论,建立静电力驱动微梁的控制方程,通过瑞利.利兹法对微梁的控制方程进行降阶,得到一组非线性代数方程。利用牛顿一拉菲森法求解该方程组,确定微梁的吸合电压,分析应变梯度对吸合电压的影响规律。结果表明,当微梁的无量纲厚度减小时,无量纲吸合电压将显著增大,表现出明显的尺寸效应;随着材料内禀特征长度的增加,无量纲吸合电压的尺寸效应也越显著,说明应变梯度对微梁的吸合电压影响显著。随着微梁无量纲厚度的减小,残余应力对无量纲吸合电压影响显著,可以减弱应变梯度对无量纲吸合电压的影响;同时应变梯度可以显著降低中面伸长对吸合电压的影响。分析结果可为微机电系统中微梁的设计提供参考。

英文摘要:

The governing equation of the micro-beam actuated by electrostatic force was derived based on the strain gradient theory with the aid of variational principle. The reduce model was obtained based on the Rayleigh-Ritz method. The pull-in voltage was solved by the Newton-Raphson method. Effects of the strain gradient on the pull-in voltage were investigated. The results show that the dimensionless pull-in voltage increases significantly with the dimensionless micro-beam thickness decreasing, showing a significant size effect. When the intrinsic material characteristic length increases, the size effect of the dimensionless pull-in voltage is more significantly, indicating that the effect of the strain gradient on the micro-beam pull-in voltage is remarkable. When the dimensionless micro-beam thickness decreases, the effect of the residual stress on the dimensionless pull- in voltage is significant. The size effect of the normalized pull-in voltage is weakened when the residual stress increases, indicating the residual stress can decrease the effect of the strain gradient on the pull-in voltage. The effect of the mid-plane stretch on the pull-in voltage is reduced markedly when the strain gradient is considered. The results can prove the reference in the design of micro structures in MEMS (micro-electrical-mechanical system).

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期刊信息
  • 《机械强度》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国机械工业联合会
  • 主办单位:中国机械工程学会 郑州机械研究所
  • 主编:王长路
  • 地址:郑州市嵩山南路81号
  • 邮编:450052
  • 邮箱:jxqd@chinajournal.net.cn
  • 电话:0371-67710821
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-9669
  • 国内统一刊号:ISSN:41-1134/TH
  • 邮发代号:36-76
  • 获奖情况:
  • 2002年12月获河南省第五届优秀科技期刊二等奖,1999年6月获国家机械工业局机械行业优秀科技期刊...,1999年2月获河南省第三届优秀科技期刊二等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:11980