热轴力对双层微梁谐振器热弹性阻尼的影响分析

作者：李世荣

来源：力学学报, 2023, 1-9.

• 双层微梁
• 热弹性阻尼
• 热轴力
• 复频率
• 解析解

近年来，已有不少关于复合材料层合梁/板谐振器热弹性阻尼的研究论文发表。然而，在这些研究中热轴力(热薄膜力)对热弹性阻尼的贡献都被忽略了。众所周知，若梁/板的材料性质分布关于几何中面不对称则其物理中面将偏离几何中面。于是，热-弹耦合振动引起的变温场不但会形成热弯矩，还会产生热轴力(热薄膜力)，二者将共同产生热弹性阻尼。本文基于Euler-Bernoulli梁理论和经典热传导理论，建立了双层矩形截面微梁热-弹耦合振动数学模型，精确考虑了热轴力对微结构内能耗的贡献。然后，采用解析方法求得了用变形几何量表示的热轴力和热弯矩，进而求得到了系统自由振动的复频率以及用逆品质因数表示的热弹性阻尼解析解。作为数值算例，选取由均匀的银(Ag)和氮化硅硅(Si3N4)分层组成的双层微梁，通过大量的数值实验定量分析了分层体积分数变化对热弹性阻尼的影响规律，考察了热轴力对热弹性阻尼的影响程度。结果表明，忽略热轴力将会低估层合梁谐振器的热弹性阻尼。在金属银的体积分数为70%(氮化硅体积分数为30%)时，忽略热轴力后对热弹性阻尼最大可低估可达16.3%。

• 单位
  土木工程学院; 南通理工学院; 扬州大学