功能梯度形状记忆合金梁纯弯曲的理论分析

功能梯度形状记忆合金(Functionally graded shape memory alloy, FG-SMA)是一种兼备功能梯度材料(Functionally graded material, FGM)和形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)特性的新型功能材料。根据复合材料力学和已有的SMA本构关系,通过充分考虑组分材料的应力应变关系,建立一个描述FG-SMA力学性能的宏观本构模型。应用该模型,对由弹性材料A和SMA组成的FG-SMA梁在纯弯曲载荷下的力学行为进行研究,详细讨论加载过程的弹性阶段和相变阶段,并给出相应的解析解。通过算例,对截面的应力分布、中性轴的位置和弯矩与曲率的关系进行详细讨论。结果表明,与普通FGM相比,FG-SMA可显著减小载荷作用下的最大应力,避免材料由于应力过大而导致的破坏。研究结果可为FG-SMA材料的设计和进一步研究提供一定的依据。     

高温形状记忆合金的研究进展

介绍了高温形状记忆合金马氏体转变温度的影响因素及其在使用过程中对性能的要求,并综述了钛镍钯/铂、镍钛锆/铪、镍锰镓等几种主要高温形状记忆合金的研究进展,最后对今后的研究方向进行了展望。     

铁基形状记忆合金

本文综述了铁基形状记忆合会的发展概况及相变特点，并详细介绍了Ｆｅ─Ｍｎ─Ｓｉ系形状记忆合金的形状记忆机制、应力诱发γ─ε马氏体转变、微观组织和基本性能．     

大位移多折叠梁静电驱动器的设计及力学性能分析

针对现有微静电梳状谐振器用作驱动器时输出位移极小的弱点,提出一种结构新颖、输出位移大、能工作于谐振状态和静电力状态下的多折叠梁微静电驱动器设计方案.建立该驱动器的力学分析模型,给出位移、弹性系数和谐振频率的解析公式.研究表明,当特征尺寸相同时,与常用的直脚型和蟹脚型谐振器相比,在相同电压下其输出位移可提高7倍～14倍,而在相同最大应力条件下其位移输出能力可提高4倍～9倍.     

基于热力学的SMA微夹钳工作原理的研究

SMA形状记忆合金微夹钳是一种形状记忆合金微夹钳。它是利用形状记忆合金的记忆特性来产生夹持和张开动作。形状记忆合金产生动作的能量来源于热能, 表现为温度上变化, SMA微夹钳与外界之间热能的输入输出。本文试图用热力学的方法求解SMA微夹钳的简单动力学问题。认为在Ms点以下, 马氏体与未转变的母相奥氏体处于某种平衡状态, 利用变温马氏体相变公式, 处理SMA微夹钳的热力学和动力学之间的定量或定性的数学关系, 得出一些对于设计和制造有用的结论, 从而为深入研究SMA微夹钳的热弹性马氏体相变的工作原理打下理论基础。     

计及不同剪切变形的功能梯度材料梁的弯曲分析

研究矩形截面功能梯度材料(Functionally graded materials,FGM)梁在不同剪切变形理论下的静力弯曲问题。假设FGM梁由金属和陶瓷两种材料构成,其等效物性参数沿厚度方向连续变化,且遵从简单幂率变化规律。基于最小势能原理,建立以轴向位移、横向位移及转角为未知函数的FGM梁的运动微分方程组。对简支FGM梁,采用Fourier级数法获得5种剪切变形理论下FGM梁的挠度、轴向位移及转角曲线,分析梁的长高比、梯度指标对弯曲变形的影响,分析不同剪切变形理论下FGM梁的切应力和正应力的分布特性,并与均质材料梁的静力弯曲特性进行比较。给出FGM梁的中性轴位置随梯度指标的变化曲线并进行分析。     

梯度残余应力下多层膜结构的弹性变形

提出了一类Stoney延伸公式来表征多层MEMS膜结构的曲率和其各层膜内沿厚度任意分布的残余应力之间的关系。推导出三层结构下的Stoney延伸公式,并利用它解决了残余应力沿厚度方向梯度分布的三层悬臂梁结构的变形问题。制造了一个Si3N4/p+Si/Si三层悬臂梁微结构,并测得其弯曲曲率,在p+硅层残余应力梯度分布和均匀分布两种情况下分别对该结构进行了仿真和解析计算。结果表明：所提出的Stoney延伸公式能比较准确地表征多层膜结构的弹性变形和其各层膜内任意分布的残余应力之间的关系;用平均残余应力代替实际的梯度残余应力,会对结构变形的预测带来更大的误差。     

基于弹性理论的功能梯度材料管板应力分析

功能梯度材料因其优良的热力学特性,在高温高压、大温差服役环境中的换热器管板制造过程中得到了广泛应用。目前,对功能梯度材料管板应力的求解都是基于弹性理论中的经典板理论求得。为此,利用物理中面概念,将材料的各向异性问题转化到经典板理论中,建立法兰连接且不兼做法兰的功能梯度材料管板的应力分布计算公式及管板危险点应力的求解公式,并采用ABAQUS对其进行压力载荷下的有限元分析,验证理论解的合理性。     

轴向运动功能梯度梁的横向振动

新型非均匀复合材料,功能梯度材料具有防止脱层和减缓热应力等优良性能,将其应用于功能梯度梁的结构有着非常重要的工程应用价值。基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理,建立轴向运动功能梯度梁横向自由振动的运动微分方程,其中假设功能梯度梁的材料特性沿梁厚度方向按各组分材料体积分数的幂函数连续变化;再对运动微分方程和边界条件进行量纲一处理,采用微分求积法对其进行离散化,导出系统的广义复特征方程,然后计算分析轴向运动功能梯度简支梁横向振动复频率的实部和虚部随量纲一轴向运动速度、梯度指标等参数的变化情况,并讨论量纲一轴向运动速度和梯度指标对功能梯度梁的横向振动特性以及失稳形式的影响。     

微构件力学性能测试技术进展

阐述了微构件力学性能的研究现状与存在的力学性能参数表征问题，而后重点介绍了微构件力学性能测试中相关的驱动方式、微位移检测和微力检测技术。     

功能梯度材料的研究动态

功能梯度材料是一种新型复合材料，它的两侧由不同性能的材料组成，而中间部分的结构是以原子、分子级连续变化，从而消除了不同材料结合的性能不匹配因素。本文介绍了功能梯度材料的概念和开发背景，着重论述了功能梯度材料在材料设计、制备和性能评价方面的研究现状及其应用前景。     

随机粗糙表面对微气体轴承性能的影响

采用尺度独立的分形参数表征粗糙表面,修正气体的雷诺方程,研究滑块轴承中气体薄膜在稀薄效应和粗糙度耦合作用影响下的压强分布、承载能力及承载力的主流向位置。结果表明:由于粗糙度的影响,气体轴承内的压强分布具有非线性特征,承载能力也不会简单地增大或减小,但承载力的主流向位置会变大。     

微执行器的应用研究

微执行器是微机电系统的核心部件,应用范围广泛,具有重要的研究价值.根据微执行器的驱动方式的不同,对微执行器的应用进行了介绍.     

视频显微镜应用于形状记忆合金材料力学特性研究

本文探讨了微尺度、新型智能形状记忆合金材料力学性能的检测设备和技术方法。首先制作两组小尺寸形状记忆合金试件,再根据试件大小及其受力范围设计出合适的微型加载装置,然后借助视频显微镜观察并计算试件试验时的应变值,配合相对应的载荷值,得到两组试件各自的应力应变曲线,最后比较拟合两组曲线,得到试件材料的应力应变曲线,进而探讨了该类形状记忆合金材料的基本力学特性。     

梯度功能材料非定常热传导的形状效应

采用分离变量法和变量代换法,推导出无限大平板、无限长圆柱体和圆球体3种形状的梯度功能材料构件在第三类边界条件下的量纲一非定常温度场的解析解。3种形状的梯度功能材料构件的组分和热－物理性能分别服从平面对称、轴对称和球对称分布规律。通过数值计算并与无限大平板、无限长圆柱体和圆球体3种形状的均质构件对比,研究梯度功能材料构件形状以及热－物理性能分布对非定常热传导的影响。计算结果表明,梯度功能材料构件的非定常热传导具有与均质构件相似的形状效应,即圆球体的温度传播速度最快,而无限大平板的温度传播速度最慢。由表及里增大梯度功能材料构件的热导率和热扩散率,可提高温度传播速度。     

基于应变梯度塑性理论的微塑性成形力学性能

不同厚度的T2紫铜试样的单向拉伸、微硬度和微弯曲试验表明,材料的力学行为与内禀的材料特征参数相关：厚度为30μm的板材,其拉伸强度比厚度为150μm的板材提高了28%,平均晶粒尺寸D为50μm的细晶,其拉伸强度比平均晶粒尺寸D为120μm的粗晶拉伸强度提高了33%,拉伸时呈现出“越小越强”的特征;当压痕深度与板材厚度的比值大于0.2时,压入深度越大,压痕硬度越大,呈现出“越大越硬”的现象;回弹角随板料厚度的减小而增大,当材料厚度小于一定值（0.06mm）时,材料的应变梯度硬化效应使得回弹角随板料厚度的变化更为剧烈,这种变化与采用应变梯度塑性理论预测的结果基本一致。     

弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁自由振动的微分变换法求解

基于Timoshenko梁理论研究弹性地基上转动功能梯度材料（FGM）梁的自由振动。首先确定功能梯度材料Timoshenko梁的物理中面,利用广义Hamilton原理推导出该梁在弹性地基上转动时横向自由振动的两个控制微分方程。其次采用微分变换法（DTM）对控制微分方程及其边界条件进行变换,计算了弹性地基上转动功能梯度材料Timoshenko梁在夹紧-夹紧、夹紧-简支和夹紧-自由三种不同边界条件下横向自由振动的量纲一固有频率,与已有文献的计算结果进行比较,退化后结果一致。最后讨论了不同边界条件、转速、弹性地基模量和梯度指数对功能梯度材料Timoshenko梁自振频率的影响。结果表明：功能梯度材料Timoshenko梁的量纲一固有频率随量纲一转速和量纲一弹性地基模量的增大而增大;在量纲一转速和量纲一弹性地基模量一定的情况下,梁的量纲一固有频率随着功能梯度材料梯度指数的增大而减小。     

基于LTCC的微流道制作技术研究

在微机电系统的集成制造中,无源器件与多芯片的高密度集成对其承载基板的散热性能提出了极高的要求,而在LTCC基板中制作微流道则为满足这一要求提供了一种解决途径。提出了一种应用有机牺牲材料在LTCC中形成微流道的制作方法,实验结果表明该方法可有效抑制微流道成形过程中的变形,并通过将该方法应用于其它瓷片材料的微流道制作,验证了该方法的实用性与通用性。     

功能梯度压电材料梁的热-机-电耦合振动及屈曲特性分析

为提高粱理论对静动态响应预测的可靠性和准确性,基于一种n阶广义梁理论,研究外驱动电压及轴向机械载荷共同作用下功能梯度压电材料(Functionally graded piezoelectric material,FGPM)梁在热环境中的耦合振动及屈曲特性.考虑温度沿梁厚按不同类型稳态分布,采用Voigt混合幂率模型表征...     

电液动力微泵微电极的不同制作工艺的比较(英文)

基于MEMS加工技术的电液动力微泵在微流体冷却系统和解决高热流器件的冷却问题中占有重要地位.电液动力微泵的核心部分是通过MEMS加工工艺制作的由成对的发射极和集电极组成的微电极.在电极对间的强电场作用下,电介质流体中的离子、极子以及微粒同电场相互作用来驱动流体流动.本文系统地讨论了微电极在设计和制作中需要关注的问题:电极材料的选择方针,多种形状的电极设计和两种电极加工工艺-电镀法和剥离法的对比.实验结果表明:贵金属有更好的抗电化腐蚀能力;同普通平行电极结构相比,带有尖锐结构的电极更能提高微泵的性能;相比电镀法,剥离法能更好地提高电极的制作质量.