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标题: 微尺度理论及效应 [打印本页]

作者: soft 时间: 2010-10-19 21:08
标题: 微尺度理论及效应
微尺度理论是以微尺度效应的产生机理，影响，控制和应用为主要研究对象的学科。当物体尺度的减少所导致的区别于常规尺度下的新现象，新规律可归结为微尺度效应。尺度效应的物理机制可分为两大类:当物体的尺度与载能粒子的平均自由程相当或更大时，常规尺度下的连续介质假设不再成立，如描述流动和传热的Navier-Stokes方程，傅立叶定律也不再适应，此时的尺度效应的物理机制称为第一类。第二类的情况有很大不同，物体的尺度还没小到连续介质假设不能成立的程度，所有常规尺度下的基本方程和定律仍然适应，只是由于尺度的减小，使得影响物理量的各因素的相对重要性发生了变化，从而出现新的现象和规律。目前，微系统技术中所遇到的微尺度效应的物理机制基本上属于第二类。微尺度理论的研究主要是面向材料，微器件的微系统。其基本框架涵盖了材料，物理，热学，力学，电子等多个学科。

通过对新现象的探索和研究，例如对金属材料在细观层次所表现出的尺度效应的研究已经带动了一个新的，更精细的并计及尺度效应的唯象学理论-一塑性应变梯度理论的提出，不断完善及进一步应用，在此基础上，结合材料破坏的细观结构断裂过程区模型，可刻画出材料由细观微结构特征到宏观力学行为的全过程。

塑性应变梯度理论的结构特征可简述为:在传统弹性理论的框架下，增加考虑位移二阶导数项(应变梯度项)的影响，而这些应变剃度不变量之间在长度量纲将存在差异为此，在本构关系中引入了若干个长度参量对两者进行匹配，而有这些长度参量刻画上述金属材料在微米层次所表现的尺度效应;在传统弹塑性理论可适应的范围，应变梯度项的影响可忽略不计。为了保持理论的完整性，也相应的定义了与应变梯度功共扼的应力梯度量，并发展了适合应变梯度情况的数值方法。应用塑性应变梯度理论可以的有效的刻画金属材料在微米层次所表现的尺度效应，同时人们也注意到微米尺度恰好也是微机械的尺度层次和范围。

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