学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

多层微悬臂梁弹性常数的计算方法的研究

作　者: 倪庆旭
导　师: 李艳宁
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 微悬臂梁弹性常数原子力显微镜有限元分析
分类号: TP212.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 89次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

微悬臂梁是纳米领域重要的微力传感器,而微悬臂梁的弹性常数又是决定其力学性能的重要参数。由于微悬臂梁的尺寸处于微米级,有些特征尺寸甚至已经达到了纳米级,对微悬臂梁性能参数的测量工作提出了更高的要求。在微悬臂梁上加工金属修饰层而制成多层复合微悬臂梁,使得微悬臂梁具有了很多特殊的功能,能够在生物检测,化学分析等更多的领域发挥作用。而多层复合微悬臂梁的弹性常数的检测也是一个随之而来的重要课题。现今厂家生产微悬臂梁并且加工修饰层之后,对微悬臂梁弹性常数的计算过程中总是把多层复合微悬臂梁当成单层材料微悬臂梁来看待,忽略微悬臂梁表面沉积层对微悬臂梁弹性常数的影响,因此必然会引起误差,影响仪器的精度,也限制了多层复合微悬臂梁的推广应用。本文通过对微悬臂梁振动方程的分析求解,进一步推导了多层复合微悬臂梁弹性常数的理论计算方法。该方法指出了增加沉积层后对微悬臂梁弹性常数的影响,为今后微悬臂梁传感器使用上弹性常数的计算提供了参考。本文的主要内容包括:1.介绍了微悬臂梁的结构特性以及工作模式,并介绍了弹性常数测量的研究现状和几种基本的测量方法,2.依据微悬臂梁的特点,建立了单层微悬臂梁和多层复合微悬臂梁的理论模型。推导了多层复合微悬臂梁弹性常数的数值计算方程,并与单层微悬臂梁弹性常数计算方法进行了对比。3.利用有限元分析软件ANSYS对多层复合微悬臂梁结构进行建模,并讨论了微悬臂梁沉积层厚度对弹性常数的影响。4.利用原子力显微镜测量微悬臂梁结构的谐振频率,再通过数值计算求得微悬臂梁的弹性常数,验证本文对于多层复合微悬臂梁结构理论分析的准确性。5.利用原子力显微镜力曲线模式标定多层微悬臂梁弹性常数,与前述方法进行对比,对理论计算方法进行验证。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-27
  1.1 引言  8-9
  1.2 微悬臂梁概述  9-16
    1.2.1 微悬臂梁的结构形式  10-11
    1.2.2 微悬臂梁的工作模式  11-13
    1.2.3 微悬臂梁应用的现状  13-16
  1.3 微悬臂梁弹性常数测量现状  16-25
    1.3.1 微悬臂梁弹性常数测量方法——静态法  16-19
    1.3.2 微悬臂梁弹性常数测量方法——动态法  19-25
  1.4 本课题的意义和主要工作  25-27
第二章微悬臂梁弹性常数理论分析  27-37
  2.1 单层材料微悬臂梁弹性模型及弹性常数计算  27-30
  2.2 多层复合微悬臂梁弹性模型及弹性常数计算  30-37
    2.2.1 微悬臂梁振动模型  30-33
    2.2.2 弹性常数k的理论计算  33-37
第三章微悬臂梁弹性结构的有限元仿真分析  37-52
  3.1 有限元法理论  37-42
    3.1.1 有限单元法的基本原理和基本思路  37-39
    3.1.2 有限元分析流程  39-41
    3.1.3 ANSYS有限元分析  41
    3.1.4 流固耦合  41-42
  3.2 微悬臂梁结构的仿真建模及分析  42-46
  3.3 多层微悬臂梁结构弹性常数与几何参数的关系  46-52
第四章弹性常数测量实验及结果分析  52-62
  4.1 实验材料制备  52-53
  4.2 AFM频率测量法  53-57
    4.2.1 微悬臂梁谐振频率测量  53-55
    4.2.2 微悬臂梁弹性常数数值计算  55-56
    4.2.3 实验结果分析  56-57
  4.3 力-曲线方法标定弹性常数  57-59
    4.3.1 力-曲线方法测量  57-58
    4.3.2 实验结果分析  58-59
  4.4 误差来源及影响  59-62
第五章总结与展望  62-64
  5.1 总结  62-63
  5.2 工作展望  63-64
参考文献  64-67
硕士期间参加科研情况说明  67-68
致谢  68

多层微悬臂梁弹性常数的计算方法的研究

内容摘要

全文目录

相似论文