《磁場中載流微型梁的力-電-磁耦合非線性動力學》是依託華中科技大學，由王琳擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：磁場中載流微型梁的力-電-磁耦合非線性動力學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王琳
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
磁場中載有電流的微型梁結構在微機電系統中具有廣泛而重要的套用，其動力學問題是涉及力、電、磁等多學科交叉的前沿課題。關於磁場中載流微型梁的動力學機理及其微尺度效應，至今尚無統一的結論和定量的非線性動力學理論模型。本項目擬開展以下工作：1、利用彎曲實驗，測試微型梁彎曲變形的尺度效應；2、在前述實驗基礎上，套用和發展基於高階連續介質力學的梁理論，建立磁場中載流微型梁振動的非線性理論模型；3、求解線性系統的特徵值問題，分析微型梁的穩定性和振動特性；4、套用現代非線性動力學理論，研究非線性系統在恆定電磁力下的屈曲位形、自由振動、受迫振動、內共振和複雜動力回響，探討非恆定電磁力下的參數共振規律，重點揭示有異於巨觀尺度梁的新特性、新機理。研究結果將深化人們對微型梁力-電-磁耦合非線性動力學及其微尺度效應的理解，拓寬連續介質力學理論的套用範圍，為工程MEMS結構的多場耦合分析與設計提供理論基礎和技術儲備。
結題摘要
微納尺度梁結構在微機電系統中有廣泛的套用，其力-電-磁耦合動力學及其調控已成為相關領域一個重要的基礎性科學問題，是一個多學科交叉的前沿課題，已引起學術界和工業界的密切關注。然而，關於微納尺度梁的多場耦合動力學機理及其尺度效應，至今尚缺少有普適意義的非線性動力學理論模型。本項目在前人已有工作的基礎上，嘗試從實驗測試、理論建模、數值計算和機理分析等多方位探究微納尺度梁的動力學機理及其調節方法，主要研究內容包括三部分。（1）對微尺度梁的振動特性進行了實驗測試。這部分的研究目的是通過實驗測試確定兩種典型材料的內秉尺度參數值，使之與修正偶應力理論有定量的匹配，從而為後續理論預測微尺度梁的靜動力學行為提供實驗支持。（2）在非經典連續介質力學框架下，基於表面彈性理論和非局部應變梯度理論發展了微納尺度梁動力學分析的尺度相關理論模型，推導了微納尺度梁的非線性控制方程（組），探討了微納尺度梁的自由振動、受迫振動和參數振動等基本動力學問題。（3）重點研究了微納尺度梁（和管）在電場/磁場/內流場作用下的穩定性、動力學特性及其調節。藉助前述的尺度相關的非經典連續介質理論模型，導出了電場、磁場或（和）內流場作用下微納尺度梁的幾類非線性動力學方程（組），預測了電場、磁場或（和）內流場對微納尺度梁穩定性和失穩後靜力學和動力學特性的影響機制。通過本項目的研究，構建了微納尺度梁的力–電–磁耦合動力學數學模型，明確了微納尺度梁的力-電-磁耦合動力學機理及其小尺度效應，揭示了屈曲、共振、分岔和混沌等動力學行為；研究成果增強了人們對微納尺度梁力–電–磁耦合非線性動力學、穩定性機理和小尺度效應的理解與認識。
