摘要:围绕微纳尺度结构跨尺度动力学建模、动力学分析、动力学控制、动力学设计与测量方法等研究主题，本专刊介绍了微纳尺度结构动力学与控制领域的一些最新研究成果.

摘要:随着微纳制备技术的发展,纳尺度超材料逐渐成为研究热点.纳尺度超材料在高频弹性波调控和振动噪声抑制等方面有着其独特优势.由于其服役环境复杂,纳尺度超材料的振动常和热、光和电等因素耦合.其研究向着更小尺寸,更高频率和多场耦合发展.本文介绍了纳尺度超材料在振动抑制等方面的实验和理论方面取得的进展,同时简要阐述了纳尺度超材料在热管理和多场耦合方面的研究成果.进一步展望了纳尺度超材料未来的发展方向.

摘要:光学频率梳在精确测量和时频标准领域有着重要作用.随着技术进步,传统的光学频率梳向着小型化、集成化方向发展出微型光学频率梳、微型光机械耦合频率梳等新型技术.借鉴光子和声子之间的共性,纯粹基于机械振动的微机械频率梳为传感器技术、量子信息通信和极端环境下的应用提供了新的可能性.本文首先介绍了微机械频率梳的形成机理和数值仿真模型.在此基础上,本文主要阐述了微机械频率梳基于参数激励、内共振、碰撞效应、负耗散、负非线性摩擦等多种激发原理,总结了国内外现有的研究现状.此外,本文还从实际应用的角度让读者进一步了解微机械频率梳在相关领域的广泛应用,有助于了解微机械频率梳的自身特点和优势.最后,本文对未来发展方向进行了总结和展望.

摘要:本文利用非局部应变梯度理论(NSGT)探究了含粘弹性基底的功能梯度压电(FGP)纳米梁的波传播特性.基于NSGT,建立含粘弹性基底的Euler梁波传播模型及考虑剪切效应的Timoshenko梁模型,利用哈密顿原理推导出波传播控制方程；通过引入两种梁变形理论对应的波传播通解方程,对运动方程组进行求解,探讨了剪切效应、尺度参数、粘弹性参数、FG指数等对波传播频率及相速度的影响.研究表明：尺度参数对波传播频率的影响与波数密切相关；电压与梯度指数对两种梁波传播特性影响程度不同；粘弹性基底参数对波传播频率有明显的影响,且其影响程度与波数密切相关.

摘要:单层金刚石作为近年来新合成的二维纳米材料具有优异的物理性能,在纳米质量传感器方面有巨大的应用前景.本文采用分子动力学模拟和连续介质理论方法系统研究了带附着质量的单层金刚石片的振动特性,并与单层石墨烯板的结果进行对比.结果表明,单层金刚石和单层石墨烯的固有频率随附着质量的增大而减小.相同尺寸下,单层金刚石比单层石墨烯具有更高的质量灵敏度.预应变会对材料的固有频率产生较大的影响,增加预应变可以显著提高单层金刚石的固有频率,并提升单层金刚石的灵敏度.附着质量的位置也会对固有频率产生影响,当靠近中间时,频移会达到最大值,而附着质量靠近固支边缘时,几乎不会对固有频率产生影响.

摘要:静电参激的微机械谐振器具有响应幅值大、相位噪声小等优势,近年来成为MEMS动力学领域研究热点.本文研究了微机械梁谐振器在强静电参激下的高阶非线性响应及基于电热电流的响应调控方法.首先,实验发现强静电力参数激励下微机械梁谐振器的幅频响应不再是Duffing硬化曲线,而在响应后半段出现“翘尾”现象.接着,建立了非线性谐振器的参激动力学模型,理论分析表明“翘尾”现象是由非线性阻尼和高阶非线性刚度共同作用引起.然后,研究了梁本体的电热电流对参激响应的影响规律,电热电流的引入会增加微谐振器的热弹性阻尼和轴向应力,从而实现响应幅值和共振区间的大幅调控.

摘要:压电爬行平台是实现微纳尺度运动控制的重要执行器,其调速精度直接影响定位的准确性.然而,压电爬行平台在开环调速中常采用频率控制调速方法,并未考虑压电致动率相关特征对单步步长的影响,因此导致压电爬行平台的速度公式失准,使运动的定位精度受到损害.为解决此问题,本文提出高精度步长控制调速方法.该方法能够结合速度公式,在定频率下使用电压-单步位移特性对步长精准建模,通过调节切向压电叠堆的电压信号峰峰值控制步长大小,从而忽略率相关特征的影响,满足压电爬行平台调速精度需求.实验证明,在压电爬行平台的倍速控制对比中,高精度步长控制调速方法的控制效果显著优于传统频率控制调速方法.在2.0秒定时长的终点位置处,两组对照实验的开环定位误差率分别从9.642%和17.01%减小至0.282%与0.729%.

摘要:本研究通过非局部理论和分子动力学模拟,深入探讨了尺度效应下二维纳米薄膜涟漪动力学特性.首先,基于非局部Kirchhoff板理论,构建了太赫兹激励下二维纳米薄膜涟漪动力学模型,揭示了涟漪波数与太赫兹激励频率的关系.其次,通过与分子动力学模拟对比,验证了非局部涟漪动力学模型的准确性,并对非局部参数进行了辨识.进一步,分析了小尺度范围下二维薄膜结构离散分子动力学模型和连续介质理论模型的差异性,讨论了等效厚度,手性和非局部参数等重要参数对涟漪波数和相速度的影响.研究表明：当涟漪波长接近碳-碳键尺度时,原子的离散特性破坏了相邻涟漪的均匀性,论证了考虑原子分布的离散特性对太赫兹高频激励下二维纳米薄膜跨尺度涟漪动力学建模的重要性.此外,本研究还发现了锯齿方向的相速度大于扶手椅方向的相速度,且随着中心激励频率的增加,闭合涟漪的波型从环形转变为六边形.

摘要:基于薄膜/基底结构的柔性电子器件具有良好的可拉伸性和灵敏度,然而此类结构电子器件的动力学行为极易受到温度变化等激励的影响.因此,本文研究了温度场作用下薄膜/基底结构的动态屈曲问题.首先,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立温度场作用下,薄膜/基底结构非线性振动的控制方程；其次,利用Galerkin截断方法和两类变量,将薄膜/基底结构非线性振动的控制方程导入Hamilton体系；最后,通过高精度、高数值稳定性的辛Runge-Kutta方法求解薄膜/基底结构的Hamilton方程,进而讨论温度变化量、阻尼系数等对薄膜/基底结构非线性动力学响应的影响.研究发现薄膜的温度变化量和预应变会影响薄膜的动力学行为.随着温度变化量的增加,薄膜/基底结构的振动频率增加,振幅减小.随着预应变的增加,结构的频率减小,振幅增加.

摘要:基于修正的应变梯度理论和Kirchhoff-Love假设,建立了由WinklerPasternak弹性夹层连接的三层微板系统的耦合振动模型.结合Gauss-Lobatto求积准则和微分求积准则,构造了具有4节点108个自由度的C2连续性微分求积有限元,以求解微板系统的耦合振动边值问题.通过数值算例,验证了本文微分求积有限元法的有效性,讨论了各因素对微板系统振动频率及模态的影响.结果表明：微板系统发生完全同步振动时,弹性夹层不起作用；应变梯度效应或弹性夹层刚度不仅影响微板系统的各阶振动频率,而且会使系统产生模态跃迁现象；边界条件对微板系统振动频率计模态的影响显著.