挠曲电效应——即由非均匀变形或应变梯度引起的自发性电极化,是微纳尺度介电固体特有的力电耦合现象。充分利用材料的挠曲电效应对新型智能器件的发展有重要意义,有望在人机交互、软体机器人、生物医疗及航空航天等领域发挥巨大作用。基于挠曲电理论,本文开展了以下几个方面的研究工作:1.建立了考虑挠曲电效应、表面效应和Casimir效应的压电-弹性层合梁式纳米静电开关模型。基于欧拉-伯努利梁假设和哈密顿变分原理推导了纳米开关的非线性控制方程。通过伽辽金法离散后,采用牛顿迭代法和龙格-库塔法求解。针对锆钛酸铅（PZT-5H）和聚偏氟乙烯（PVDF）两种压电层材料,研究了几何尺寸、初始间距和挠曲电效应对纳米开关静、动态吸合失稳特性的影响。数值结果表明,挠曲电效应对纳米开关的非线性吸合行为影响显著,且具有尺寸依赖性。2.研究了轴向预载挠曲电梁俘能器的电输出性能与非线性动力学行为。考虑冯-卡门几何非线性,采用能量法和伽辽金法推导了前屈曲和后屈曲俘能器的离散力电耦合方程,并基于龙格-库塔法进行数值求解。考察了外电阻、阻尼比和激励幅值对两类俘能器性能与非线性行为的影响。结果表明前屈曲和后屈曲俘能器的电压-频响曲线分别呈现出硬化和软化特性,具有良好的宽频俘能特性。相比较于前屈曲俘能器,后屈曲俘能器的非线性共振行为更容易被触发,其动力学响应经历了井内、混沌和井间振荡的变化过程。挠曲电效应显著提高了俘能器的输出电压和功率,且具有尺寸依赖性。3.研究了挠曲电复合梁俘能器的非线性俘能行为。考虑几何非线性、惯性非线性和挠曲电效应,建立了含端部质量块的单晶和双晶悬臂梁俘能器模型。基于哈密顿变分原理推导了俘能器的非线性力电耦合方程,采用假设模态法和龙格-库塔法进行数值求解。研究结果表明,几何非线性和惯性非线性分别使得俘能器的频响曲线表现出硬化和软化特性。端部质量块、激励加速度和挠曲电效应对俘能器的电输出性能和非线性行为影响显著。对比不同构型和材料组成的复合梁俘能器发现:相比较于双晶梁俘能器,单晶梁俘能器的非线性共振行为和宽频俘能特性更容易实现;相比较于PZT-5H俘能器,挠曲电效应对PVDF俘能器电输出性能的提高更加显著。4.研究了挠曲电圆柱壳的弯曲和自由振动行为。考虑压电和挠曲电效应,建立了电学开路边界下受径向分布压力载荷作用的圆柱壳模型。基于Love薄壳假设和能量法推导了圆柱壳的控制方程,并采用Navier方法得到了四周简支圆柱壳的位移和各阶固有频率。结果表明压电和挠曲电效应均增大了圆柱壳结构的抗弯刚度,进而减小了其径向位移并增大了固有频率。对于角度较小的纳米圆柱壳,纯挠曲电壳的内外表面电势差大于压电或压电-挠曲电壳,表明挠曲电传感性能优于压电传感。随着长度、半径和厚度的减小,圆柱壳固有频率增加,挠曲电效应的影响更加显著。综上所述,本文通过理论建模和数值计算定性和定量地研究了挠曲电效应对基于微纳结构智能器件的影响规律,探讨了考虑挠曲电效应的微纳开关、俘能器的非线性行为,研究结果对高性能挠曲电微纳智能器件的设计和应用具有重要的指导意义。