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邵亚琪,郇勇*,代玉静,缪泓,张泰华.基于全场位移测量技术的微悬臂梁面内弯曲性能测试[J].实验力学,2014,29(4):441~446
基于全场位移测量技术的微悬臂梁面内弯曲性能测试
In-plane Bending Performance Test of Micro-Cantilever Based on Whole-Field Displacement Measuring Technique
投稿时间:2013-10-28  修订日期:2014-03-25
DOI:10.7520/1001-4888-13-164
中文关键词:  微尺度  面内载荷  数字散斑相关方法  微电子机械系统  微悬臂梁
英文关键词:micro-scale  in-plane load  digital speckle correlation method (dscm)  micro-electromechanical systems (mems)  micro-cantilever
基金项目:国家自然科学基金(11372323, 11025212和11272318)和中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目资助
作者单位
邵亚琪 中国科学院力学研究所 非线性力学国家重点实验室, 北京 100190 
郇勇* 中国科学院力学研究所 非线性力学国家重点实验室, 北京 100190 
代玉静 中国科学院力学研究所 非线性力学国家重点实验室, 北京 100190 
缪泓 中国科学技术大学 中科院材料力学行为和设计重点实验室, 合肥 230026 
张泰华 浙江工业大学机械工程学院 特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室, 杭州 310014 
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中文摘要:
      基于自制的微力试验机和全场位移光学测量仪,建立了微尺度力学性能原位测试系统。其中微力试验机基于电磁驱动兼载荷计量原理设计,载荷量程和噪音分别为±1N和50μN。全场位移光学测量仪基于白光数字散斑相关方法研制。采用该系统对MEMS单晶硅(001)微悬臂梁进行了面内弯曲力学性能原位测试,获得了微悬臂梁末梢施力点的力-位移关系曲线,以及全场变形情况。结果显示,微悬臂梁表现出很好的弹性弯曲行为,最后在根部发生脆性断裂。根据弹性弯曲理论计算出单晶硅弹性模量为123.8GPa(±3.2%)。该技术为研究MEMS微构件的力学性能提供了一种有效的手段。
英文摘要:
      An in-situ testing system for micro-scale mechanical performance was developed based on a home-made micro-force testing machine and an optical whole-field displacement measuring instrument. The micro-force testing machine is designed based on principle of electromagnetic drive and load measurement with load range/noise of ±1N/50μN, respectively. The optical whole-field displacement measuring instrument was developed based on white light digital speckle correlation method with the specimen' topography acted as the generalized speckle. In-plane bending performance test of MEMS monocrystalline silicon (001) micro-cantilevers was performed by using this testing system. The force-displacement curve at the end of micro-cantilever was acquired, as well as the whole-field displacement. Results show that the micro-cantilever presents a good elastic bending behavior and finally fractures at the root. Young's modulus of monocrystalline silicon (001) is determined as 123.8GPa (±3.2%) based on the elastic bending theory. This technique provides a feasible approach for studying the mechanical properties of MEMS micro-structures.
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