微纳米压电薄膜的非经典连续介质模型及其应用

批准号:
10972193
项目类别:
面上项目
资助金额:
34.0 万元
负责人:
吕朝锋
依托单位:
学科分类:
A0801.固体变形与本构理论
结题年份:
2012
批准年份:
2009
项目状态:
已结题
项目参与者:
林志华、诸骏、乔华、赵莉、周云英
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中文摘要
压电薄膜在现代微/纳机电系统中的应用日益广泛。然而当结构尺寸减小到微纳米尺度时,结构的宏观力学行为表现出极为明显的尺度效应,传统的连续介质模型已不再适用。本项目针对微纳米压电薄膜,建立各向异性表面电弹性理论,并与经典连续介质模型压电板弯曲理论相结合,提出考虑表面效应的非经典压电板弯曲理论,从而将压电板弯曲理论拓展到微纳米领域。利用全新的非经典压电板弯曲理论,对微纳米压电薄膜开展弯曲、自由振动与稳定的理论分析;考虑力场、温度场、电场及其多场耦合作用的影响;构造考虑表面效应的压电薄膜有限单元格式,为压电薄膜提供实际有效的设计和安全评估手段;着重研究压电薄膜的粘附失稳现象,广泛采用热力学分析方法,建立微纳米压电薄膜粘附失稳的判定准则。本项目的开展,能在一定程度上推动微纳米力学的发展,具有重要的理论价值,同时也具有重要的工程背景和现实意义。
英文摘要
压电薄膜在现代微/纳机电系统中的应用日益广泛,当结构尺寸减小到微纳米尺度时,其宏观力学行为表现出极为明显的尺度效应,传统的连续介质模型已不再适用。本项目旨在从表面效应的角度出发,利用Huang-Yu关于压电材料的表面电弹性模型,结合经典连续介质模型压电板弯曲理论,建立考虑表面效应的非经典压电板弯曲模型,将压电板弯曲理论拓展到纳米领域。.通过本项目的研究,我们首先针对功能梯度材料的纳米薄膜建立了考虑表面效应的非经典薄板弯曲模型和高阶精化板理论,所得到的弯曲控制方程和内力表达式都包含薄膜的内秉尺度参数。通过对薄膜静力弯曲、自由振动、大挠度变形以及粘附接触等问题的应用分析,发现无量纲挠度、固有频率、荷载-位移曲线以及粘附接触的临界间距和粘附面积都表现出明显的尺度效应。在此基础上,针对纳米压电薄膜,将表面能和内部能量全部纳入系统总能量,基于虚功原理推导得到了纳米压电薄膜的非经典弯曲控制方程、内力表达以及电场等效力,它们均与纳米薄膜的内秉尺度有关,即当薄膜厚度减小到与内秉尺度相当量级时,所有物理量均表现出明显的尺度效应,这是经典板弯曲理论所不能反映的。该模型可用于分析纳米压电薄膜的多场耦合条件下的弯曲行为、自由振动、稳态响应、电致粘附接触、大挠度变形等基本力学行为。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.compositesb.2012.05.043
发表时间:2012-12
期刊:Composites Part B: Engineering
影响因子:--
作者:Zhou, Yunying;Chen, Weiqiu;Lu, Chaofeng
通讯作者:Lu, Chaofeng
Dynamically tunable hemispherical electronic eye camera system with adjustable zoom capability
具有可调变焦能力的动态可调半球电子眼摄像系统
DOI:10.1073/pnas.1015440108
发表时间:2011-02-01
期刊:PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
影响因子:11.1
作者:Jung, Inhwa;Xiao, Jianliang;Rogers, John A.
通讯作者:Rogers, John A.
Nonlinear Responses of Nanoscale FGM Films Including the Effects of Surface Energies
纳米级 FGM 薄膜的非线性响应,包括表面能的影响
DOI:10.1109/tnano.2011.2139223
发表时间:2011-11
期刊:IEEE Transactions on Nanotechnology
影响因子:2.4
作者:Lu, Chaofeng;Wu, Dangzhong;Chen, Weiqiu
通讯作者:Chen, Weiqiu
DOI:--
发表时间:--
期刊:应用数学和力学
影响因子:--
作者:赵莉;陈伟球;吕朝锋
通讯作者:吕朝锋
DOI:--
发表时间:--
期刊:建筑结构学报
影响因子:--
作者:吕朝锋;杨庆卫;陈伟球
通讯作者:陈伟球
IUTAM软物质力学学术研讨会
- 批准号:12142214
- 项目类别:专项基金项目
- 资助金额:8万元
- 批准年份:2021
- 负责人:吕朝锋
- 依托单位:
超重力极端环境异质材料的非常规力学行为研究
- 批准号:LD21A020002
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:0.0万元
- 批准年份:2020
- 负责人:吕朝锋
- 依托单位:
非均质材料与结构力学
- 批准号:--
- 项目类别:国家杰出青年科学基金
- 资助金额:400万元
- 批准年份:2019
- 负责人:吕朝锋
- 依托单位:
生物组织生长的修正乘法分解预测模型及力电耦合调控机制研究
- 批准号:11772295
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:56.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:吕朝锋
- 依托单位:
柔性电子器件中超弹性材料复杂力学行为的预测及控制
- 批准号:11172263
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:吕朝锋
- 依托单位:
多向功能梯度材料结构的多场耦合力学问题研究
- 批准号:10702061
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:吕朝锋
- 依托单位:
国内基金
海外基金
