【摘 要】
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由于压电材料具有良好的力-电耦合性能,近年来其被广泛应用于微/纳机电系统（Micro/Nano-Electro-Mechanical Systems,MEMS/NEMS）中。另外,由应变梯度产生的电极化现象通常被称为挠曲电效应,其不仅可增强压电材料的力-电耦合性能,还可以使中心对称材料同样具有压电效应,且随着结构尺寸的减小而增大,这造成了纳米尺度结构内部存在很强的应变梯度,经典力学理论模型已经不能
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（资助号:11572151）；
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由于压电材料具有良好的力-电耦合性能,近年来其被广泛应用于微/纳机电系统（Micro/Nano-Electro-Mechanical Systems,MEMS/NEMS）中。另外,由应变梯度产生的电极化现象通常被称为挠曲电效应,其不仅可增强压电材料的力-电耦合性能,还可以使中心对称材料同样具有压电效应,且随着结构尺寸的减小而增大,这造成了纳米尺度结构内部存在很强的应变梯度,经典力学理论模型已经不能准确预测纳米尺度下结构的力学行为。因此,本文基于新修正偶应力理论,在考虑挠曲电效应的情况下,建立了两端固支静电驱动复合材料层合Euler-Bernoulli纳米梁模型,通过Hamilton原理导出其非线性微分控制方程以及边界条件,选用广义微分求积法和Newton-Raphson法对微分控制方程进行数值求解,分析了挠曲电效应对层合纳米梁静态和动态吸合特性产生的影响,结果表明:考虑挠曲电效应的复合材料层合纳米梁模型退化为不考虑挠曲效应的纳米梁模型后的数值计算结果与已有文献中数据相吻合。复合材料的铺层顺序、长度尺度参数l以及压电层施加电压Vp等参数对结构的吸合电压、频率以及时域响应都会产生影响。同时,考虑挠曲电效应会使得结构的吸合电压和无量纲固有频率减小,梁中点最大无量纲位移和时域响应的周期增大。综上所述,本文所建立的理论模型可以有效的预测两端固支静电驱动复合材料层合Euler-Bernoulli纳米梁尺度的静、动态相关特性,为NEMS结构的进一步研究奠定了理论基础。
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