微拉伸实验装置的研制及微构件力学特性评价

论文摘要

随着微机电系统（MEMS）研究的深入,最近20年,MEMS在新产品、新制造工艺、新材料方面涌现了众多研究成果。但是,随着MEMS尺度的不断变小,有些宏观的特性和理论不再适合MEMS的研究,目前已有的材料的宏观力学性能参数远远满足不了MEMS的结构设计要求。众多研究表明,材料的微观结构和性能能影响其宏观力学性能。针对上述存在的问题,本文设计了一套能同时获得材料的力学性能和对应的微观形貌的微拉伸实验装置,并利用此微拉伸实验装置对单晶铜丝试样进行了拉伸实验研究。具体研究内容如下:首先,本文综合现有的微拉伸实验装置的研究现状,根据装置的具体性能指标要求,设计搭建了一套微拉伸实验装置,该装置包括微位移机构、试样夹持机构、成像系统和检测系统。其次,对所设计的微拉伸实验装置进行有限元分析。利用有限元法对关键部件进行了优化设计。对微拉伸实验装置进行模态分析,得到微拉伸实验装置的前5阶自振频率,有限元的仿真结果表明:此微拉伸实验装置具有很好的动态特性,可以实现高精度的驱动定位。最后,利用微拉伸实验装置对单晶铜丝试样进行微拉伸实验研究,得到单晶铜丝试样拉伸的应力-应变曲线,并对单晶铜丝试样在拉伸过程中微观形貌的变化及断口形貌进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本课题研究内容
• 第2章 微拉伸实验装置的设计
• 2.1 实验装置的设计要求及原理
• 2.2 微拉伸实验装置的组成
• 2.2.1 微位移机构的设计
• 2.2.2 夹持机构的设计
• 2.2.3 成像系统
• 2.2.4 检测系统
• 2.3 本章小结
• 第3章 微拉伸实验装置结构的有限元分析
• 3.1 有限元分析方法及ANSYS软件系统
• 3.2 微位移机构的静力学分析
• 3.2.1 压电陶瓷座的静力学分析
• 3.2.2 柔性铰链的静力学分析
• 3.2.3 微位移机构的静力学分析
• 3.3 微拉伸实验装置的模态分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 微拉伸实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 位移特性研究
• 4.2.1 压电陶瓷预紧机构的位移特性
• 4.2.2 微拉伸实验装置的位移特性
• 4.3 微构件拉伸实验
• 4.3.1 试样选择
• 4.3.2 实验方法
• 4.3.3 实验分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢