功能梯度微环板的非线性弯曲和后屈曲分析

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功能梯度材料(简称FGM)采用的是先进的材料复合技术,使材料的组成、结构沿厚度方向呈梯度变化的一种新型的非均质复合材料。功能梯度材料有很多优点,比如改善应力分布、增强抗热性、提高断裂韧性、减少应力集中等,这使得功能梯度材料在工程领域应用很广泛。  随着先进的材料科学和技术的发展,功能梯度材料已广泛应用于MEMS/NEMS和AFM等产品中以实现高灵敏度并得到所需的性能,近些年来修正偶应力理论与功能梯度材料相结合用于研究FGM微梁和微环板的力学性能。  经典弹性理论是建立在材料的均匀、连续等假设之上的,忽略了材料内部微结构对材料力学性能的影响。越来越多的实验表明:当材料的本征长度为微米量级时,金属材料的力学性能呈现出很强的尺度效应。经典的连续介质理论已经无法解释这些现象。因此,对微尺度下材料的力学性能研究将会对MEMS的发展带来巨大的影响。  本文以微环板为研究对象,基于修正偶应力理论对其力学性能的尺度效应进行了研究,建立了相应的理论模型,并对其力学性能的变化规律进行了深入分析。研究工作的主要内容如下:  1、讨论基于修正偶应力理论的功能梯度材料,分别考虑在内外径均固支、内外径均铰支以及内铰外固的边界条件下,h/l的比值以及梯度指数对材料非线性弯曲特性的影响。  2、讨论基于修正偶应力理论的功能梯度材料,分别考虑在内外径均固支、内外径均铰支以及内铰外固的边界条件下,h/l的比值、梯度指数以及内外径比α对材料非线性后屈曲特性的影响。  在分析计算过程中,本文采用能量法推导出控制方程和对应的边界条件,再通过微分求积法(简称DQ法)对控制方程进行离散和数值求解。  
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