微構件力學特性的多尺度仿真及實驗研究.pdf

1、國內圖書分類號：TB383學校代碼：10213國際圖書分類號:621.914.4密級：公開工學碩士學位論文微構件力學特性的多尺度仿真及實驗研究碩士研究生:胡興雷導師:梁迎春教授申請學位:工學碩士（應用研究型）學科:機械制造及其自動化所在單位:機電工程學院答辯日期:2009年6月授予學位單位:哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文I摘要微機電系統(tǒng)（MEMS）和納機電系統(tǒng)（NEMS）是基于納米科技發(fā)展起來的新興前沿技術。在微米量級和納

2、米量級時，微構件的設計理論和傳統(tǒng)機械設計理論有著本質的不同，材料的力學特性、缺陷、彈性模量、載荷特性和失效機理等都將發(fā)生質的變化。傳統(tǒng)機械設計理論是在經(jīng)典連續(xù)介質力學基礎上建立起來，將不再適用于微構件的設計問題當中，必須從微觀的角度去研究微構件的力學特性。因此，本文采用多尺度仿真方法，建立微構件的壓痕和拉伸模型，進而研究微構件的強度、剛度和硬度等力學性能。本文首先簡要介紹了多尺度仿真方法的國內外發(fā)展狀況，重點介紹了多尺度方法中準連續(xù)介質

3、法的基本原理。其次，利用準連續(xù)介質法對單晶銅薄膜的納米壓痕進行模擬，研究了單晶銅在納米壓痕過程中的微觀破壞過程和變形機制；分析比較了位錯發(fā)射臨界載荷的工件尺寸效應和壓頭尺寸效應；根據(jù)獲得的不同壓入深度時的載荷－壓深曲線，預測薄膜材料的納米硬度和彈性模量，硬度具有明顯的尺寸效應，彈性模量無明顯尺寸效應。同時，利用準連續(xù)介質法對單晶銅納米桿拉伸過程進行了模擬，得到了拉伸過程的載荷－位移曲線，分析了理想納米桿拉伸和帶缺陷納米桿拉伸過程的變形機