微構(gòu)件力學(xué)特性的多尺度仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TB383學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào):621.914.4密級(jí)：公開工學(xué)碩士學(xué)位論文微構(gòu)件力學(xué)特性的多尺度仿真及實(shí)驗(yàn)研究碩士研究生:胡興雷導(dǎo)師:梁迎春教授申請(qǐng)學(xué)位:工學(xué)碩士（應(yīng)用研究型）學(xué)科:機(jī)械制造及其自動(dòng)化所在單位:機(jī)電工程學(xué)院答辯日期:2009年6月授予學(xué)位單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和納機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）是基于納米科技發(fā)展起來的新興前沿技術(shù)。在微米量級(jí)和納

2、米量級(jí)時(shí)，微構(gòu)件的設(shè)計(jì)理論和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論有著本質(zhì)的不同，材料的力學(xué)特性、缺陷、彈性模量、載荷特性和失效機(jī)理等都將發(fā)生質(zhì)的變化。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)理論是在經(jīng)典連續(xù)介質(zhì)力學(xué)基礎(chǔ)上建立起來，將不再適用于微構(gòu)件的設(shè)計(jì)問題當(dāng)中，必須從微觀的角度去研究微構(gòu)件的力學(xué)特性。因此，本文采用多尺度仿真方法，建立微構(gòu)件的壓痕和拉伸模型，進(jìn)而研究微構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和硬度等力學(xué)性能。本文首先簡(jiǎn)要介紹了多尺度仿真方法的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，重點(diǎn)介紹了多尺度方法中準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)

3、法的基本原理。其次，利用準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)法對(duì)單晶銅薄膜的納米壓痕進(jìn)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(jī)制；分析比較了位錯(cuò)發(fā)射臨界載荷的工件尺寸效應(yīng)和壓頭尺寸效應(yīng)；根據(jù)獲得的不同壓入深度時(shí)的載荷－壓深曲線，預(yù)測(cè)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(yīng)，彈性模量無(wú)明顯尺寸效應(yīng)。同時(shí)，利用準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)法對(duì)單晶銅納米桿拉伸過程進(jìn)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(jī)