纳米级微动平台的结构力学特性及实验研究

纳米级微定位平台的设计及实验研究

第二章微定侍平台的设计与有限元分析体尺寸为：中１５０ｘ１４５ｍｍ。

圈３－２微定位平台样机采用线切割和电火花加工相结合技术，保证弹性铰链环节加工制造精度。

为提高接触强度，调整压电陶瓷驱动器底部和底座之间的垫片厚度，使压电陶瓷驱动器的安装过盈量为１０ｐｒｏ。

三个压电陶瓷驱动器提供给动平台的支撑刚度要尽量一致，并且保证动平台上表面和底面的平行度。

三个电容式位移传感器构成的监测系统实现动平台姿态的监控，并将测量数据通过采集卡输送到计算机控制器进行闭环控制，从而消除动平台的位姿误差。

电容传感器两个极板的安装精度影响测量的准确性，所以在安装电容传感器时，要保证两个极板之间的距离和平行度达到安装要求，否则将影响测量的线性度和增益。

同时，三个传感器之间的夹角要确保１２０９，并且与三个压电陶瓷驱动器之间的夹角为６０。

３．４ＡＮＳＹＳ软件介绍本文基于一个通用的多用途的有限元软件包ＡＮＳＹＳ，对微定位平台进行有限元分析。

ＡＮＳＹＳ软件是由美国ＡＮＳＹＳ公司开发的，融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，应用极为广泛。

利用ＡＮＳＹＳ软件不仅图３－４点０加力５０Ｎ动平台上表面变形图图３－５点Ｉ加力５０Ｎ动平台上表面变形图图３－６点２加力５０Ｎ动平台上表面变形幽图３－７点３加力５０Ｎ动平台上表面变形图图３－８点４加力５０Ｎ动平台上表面变形Ｉ釜｜图３－９微定位平台的ｚ向刚度分布及等值线图第三章微定付平台的蹬计与有限元分析表３．１徽定位平台的固有频率模态阶数ｌ２３４５６固有频率（１ｔｚ）４４０．１７９４９０．９２９４９２．７２２７９２．３８８２３．９７８２５．５７（ａ）第一阶模态（ｃ）第三阶模态（ｅ）第五阶模态（ｂ）第二阶模态（ｄ）第四阶模态（Ｏ第六阶横态图３．１０微定位平台的振犁第五章微定位平台的实验研究５．１引言前几章利用解析法和有限元方法建立了三自由度微定位平台的模型，并研究了微定位平台的静、动态特性。

利用纳米力学测试技术研究材料力学性质的实验方法

利用纳米力学测试技术研究材料力学性质的实验方法在材料科学领域中，研究材料的力学性质是非常重要的。

力学性质的研究可以帮助我们理解材料的结构与行为之间的关系，进而指导材料设计和制备。

纳米力学测试技术作为一种非常有效的方法，广泛应用于材料力学性质的实验研究中。

一、纳米力学测试技术的原理纳米力学测试技术是一种用于测量纳米尺度下材料力学性质的方法。

它基于原子力显微镜（Atomic force microscopy，简称AFM）的原理，通过扫描材料表面，并通过探测器探测表面的微小变形，从而推断出材料的力学性质。

具体而言，纳米力学测试技术一般分为两种模式：力曲线模式和刚度映射模式。

在力曲线模式下，探测器会以非常小的力对样品表面施加压力，并测量探测器的位置随时间的变化。

通过这种方式，我们可以获取到材料的塑性变形行为。

而在刚度映射模式下，探测器会以一定的频率和振幅在样品表面进行扫描，并记录下样品表面对探测器的反馈力。

通过分析这些信号，我们可以确定材料的刚度分布情况。

二、纳米力学测试技术的应用纳米力学测试技术在材料力学性质研究中有着广泛的应用。

一方面，它可以用来研究材料的弹性变形行为。

通过探测器对样品表面施加控制力，我们可以获得材料的应力-应变曲线，从而了解其弹性行为。

另一方面，纳米力学测试技术可以用来研究材料的塑性变形行为。

通过在探测器表面施加一定的压力，并测量探测器的位移，我们可以了解材料的硬度、强度等指标，进而推断其塑性变形行为。

此外，纳米力学测试技术还可以用来研究材料的磨损性能、韧性等力学性质。

通过对材料进行刚度映射，我们可以获取到材料表面的刚度分布情况，从而推断材料的硬度分布、韧性等指标。

三、纳米力学测试技术存在的挑战与展望纳米力学测试技术作为一种强大的实验方法，已经在材料科学领域取得了非常显著的成果。

然而，它在实践中仍然面临着一些挑战。

首先，纳米力学测试技术对仪器设备要求非常高。

由于测量纳米尺度下的力学性质，所需的设备精度和灵敏度十分高，成本也比较昂贵。

磁悬浮式纳米级微动工作台的理论分析与建模研究

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第２卷第９７期２０年９０６月
Ｖ０．７Ｎｏ９１２．
Ｓｅｐ．２６００
磁悬浮 ห้องสมุดไป่ตู้ 纳米级微动工作台的理论分析与建模研究
陈本永雷勇李延宝张丽琼王俊茹冯平
（江理工大学纳米测量技术实验室杭州３０１）浙１０８
仪．浮三摘要磁式微动工作台由于运动平台和驱动机构采用非接触式的磁悬浮驱动技术而易于实现大范围纳米级精度的微运悬
｛８
动。本文构建了一种新型的磁悬浮微动工作台，理论上对磁悬浮式微动工作台的运动机理进行了详尽分析，立了磁悬浮式从建微运动的电磁驱动模型，Ｍａｌｂ对磁悬浮式微动工作台的运动控制进行了仿真研究，果表明，计的磁悬浮式微动工作台用ｔａ结设
ｔ能达到纳米级的微运动。本文的研究成果为磁悬浮式微动工作台的设计及其控制提供了理论基础。
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关键词磁悬浮微动工作台理论分析
中图分类号Ｔ３．文献标识码ＡＨ１３３
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纳米材料的微结构与力学性能研究

纳米材料的微结构与力学性能研究纳米科技是当今科技领域中最为热门的话题之一。

在纳米技术领域中，纳米材料的应用和研究是其中最为重要的领域之一。

纳米材料的微结构和力学性能是纳米技术中的两大核心问题，也是纳米技术研究中最为基础和关键的问题。

本文将深入探讨纳米材料的微结构和力学性能的研究，分析其研究现状及未来发展方向。

一、微结构研究微结构是指纳米材料的原子结晶、晶体缺陷等微观结构特征。

纳米材料具有相对的巨大比表面积和高度的晶体缺陷密度，因此，纳米材料微结构的研究对于了解纳米材料的物理、化学和力学性质至关重要。

目前，纳米粒子的微结构研究主要依靠一些专门的检测技术和手段。

例如透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等。

透射电子显微镜（TEM）能够采集高分辨率的显微图像，因此，它被广泛应用于纳米结构的成像和观察中。

扫描电子显微镜（SEM）常用于表面形貌的观测和化学成分分析，同样也被广泛应用于纳米结构的研究。

原子力显微镜（AFM）是一种能够检测物质表面的超灵敏显微镜。

其可解析度高、能够直观地观察样品表面形态、成分及一些物理化学性质，特别适用于对于纳米结构形貌的表征和研究。

二、力学性能研究力学性能是指材料在力学作用下的物理性能和特征。

对于纳米材料而言，由于其尺寸和微结构的特殊性质，其力学性能具有很多特殊的独特性质。

而这些特殊的独特性质对于各种应用领域都具有很重要的意义。

目前，纳米材料力学性能研究主要依靠一些专门的机器以及技术手段。

例如拉伸试验机、压缩试验机、磨损测试机、成像拉伸机等。

拉伸试验机是常见的一种力学实验设备。

利用拉伸试验机可以测量纳米材料的拉伸性能、强度和断裂特性等。

而压缩试验机则可以检测材料的压缩强度、韧性和断裂性能等物理值。

磨损测试机则可以用来测试材料表面或者空气中磨损的情况，特别是对于高耐磨的陶瓷材料和钢材材料，磨损测试机的应用将产生很大的实用价值。

成像拉伸机，顾名思义，是一种能够在拉伸过程中实时观测纳米材料的变形、断裂等现象的精密测试设备。

纳米工作台运动控制技术的研究

上海大学硕士学位论文
的纳米定位工作台的主要技术指标：工作范围：１０ｌ，宏动台运动速度：０ｍｎ３ｍｌ分辨率：１川，定位精度：４ｎ伽ｎ５／０ｍ０ｍ，重复定位精度：３ｎ０ｍ。
１５．本课题研究的内容１对宏动系统进行研究，主要研究基于ＰＣ控制器的控制算法在精密定位ＭＡ系统中的运用，及研究宏定位系统所能达到的精度，以着重研究了Ｐ十ＤＩ速度／加速度前馈算法在纳米定位系统中的运用与实现。２对微动系统进行研究，包括压电陶瓷在纳米定位中的特性，所能达到的效
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上海大学硕士学位论文
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本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研
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功口速度前馈算法在纳米定位系统中的运用与实现。
２对微动系统进行研究，包括压电陶瓷在纳米定位中的特性，所能达到的效果，以及微动工作台在宏微两级纳米定位工作台中的作用与实现。３根据纳米工作台控制系统的实际要求，采用ＶＢ软件编制人机界面，达到

微纳尺度材料与结构力学行为的原位测试方法研究

微纳尺度材料与结构力学行为的原位测试方法研究引言：随着科技的不断进步，微纳尺度材料与结构力学行为的研究变得越来越重要。

微纳尺度材料具有独特的力学行为，与宏观材料存在明显差异。

因此，为了深入了解微纳尺度材料的力学行为，研究人员不断探索新的测试方法。

本文将介绍一些常用的原位测试方法，并讨论它们的应用和局限性。

一、原位拉伸测试方法原位拉伸测试方法是研究微纳尺度材料力学行为的常用方法之一。

它可以通过在显微镜下观察材料在拉伸过程中的变形行为，来获得材料的力学性能。

常见的原位拉伸测试方法包括纳米压痕法、纳米拉伸法等。

纳米压痕法是通过在材料表面施加压痕载荷，观察压痕的变形行为来获得材料的力学性能。

该方法可以直接测量材料的硬度、弹性模量等力学参数，同时还可以研究材料的塑性行为和断裂机制。

纳米拉伸法是通过在材料上施加拉伸载荷，观察材料的拉伸行为来获得材料的力学性能。

该方法可以测量材料的强度、断裂韧性等力学参数，同时还可以研究材料的断裂行为和断裂机制。

然而，原位拉伸测试方法也存在一些局限性。

由于材料的微纳尺度特性，测试过程中可能会受到环境条件的影响，例如温度、湿度等。

此外，由于测试方法的限制，有些材料的力学性能可能无法准确测量。

二、原位压缩测试方法原位压缩测试方法是研究微纳尺度材料力学行为的另一种常用方法。

与原位拉伸测试方法类似，原位压缩测试方法也可以通过观察材料在压缩过程中的变形行为来获得材料的力学性能。

常见的原位压缩测试方法包括纳米压痕法、纳米压缩法等。

纳米压痕法在原位压缩测试中同样起到重要的作用。

通过在材料表面施加压痕载荷，观察压痕的变形行为来获得材料的力学性能。

该方法可以测量材料的硬度、弹性模量等力学参数，同时还可以研究材料的塑性行为和断裂机制。

纳米压缩法是通过在材料上施加压缩载荷，观察材料的压缩行为来获得材料的力学性能。

该方法可以测量材料的强度、断裂韧性等力学参数，同时还可以研究材料的断裂行为和断裂机制。

纳米级微动工作台的研究现状及发展趋势

收稿日期：０５—１２００—１２
基金项目：国家自然科学基金项目（０７１８６５５５）浙江省自然科学基金青年人才项口（５３９）５２５３、７０５，０Ｒ０１７
作者简介：雷勇（９９一）男，１７，四川内江人．硕士研究生．研究方向为微运动技术。
综述，对现有的纳米级微动工作台的工作原理、性能特点和可实现的运动范围及精度进行了分析比较，此基础上。在对纳米级微动工作台的发展趋势做了展望。关键词：米科技；纳磁悬浮；微动工作台；高精度；大范围
中图分类号：Ｈ１３３Ｔ３．文献标识码：Ａ
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第１期
雷勇等：纳米级微动工作台的研究现状及发展趋势
７３
移器上施加电压时，由于四连杆受力而变形，得两个方向的获微位移。其优点如上所述，可以在单层上实现两个方向的但微动。
最大工作速度为４ｍ／，０ｍ：定位精度 ± ．ｍ。ｓ０１
１３滑动导轨式微动工作台．
典型的采用两级丝杆驱动滑动导轨实现微位移原理示意
图１单层 — Ｙ弹性微动上作台
图¨ 见图３第一级用交流电机驱动的丝杆机构可以达，到 ± ．Ｔ的定位精度，０５ｌｌ通过二级制动器对第一级位置误差进行补偿，可实现 ±ｌｍ的定位精度。ｎ
１２滚动导轨式微动二台．［作
滚动导轨也是微动工作台中一种常见的导轨形式，它具有行程大，运动灵活、结构简单、工艺性好、容易实现较高的定位精度的优点，２为采用滚珠导轨作为微动工作台的支承图和导向元件，直流伺服电机传动、实现了对自动分步重复光刻机的微定位控制 ¨ 。该微动台运动范围为、向１０ｍ，Ｙ方５ｍ

大行程纳米级步进压电微动台的特性研究

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ｐｉｚｌｃｒＣｍｉｒｐｏｓｔｏｒｅｏｅｅｔｌｃｏ－ｉｉｎｅ
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压电微动台的固有频率数据和振型，通过逐步回归分析并法建立数学模型，研究压电微动台结构设计参数，分析各因素对固有频率的影响。
（．ｔｔＫｅａｏａｏｙｏｒｃｉｎＭｅｓｒｍｅｔｅｈｏｏｙａｄＩｓｒｍｅｔＴａｊｉｅｓｙ１ＳａｅｙＬｂｒｔｒｆＰｅｉｏａｕｅｎｃｎｌｇｎｎｔｕｎ，ｉｎｉＵｎｖｒｉ，ｓＴｎｔ
Ｔａｊ００２Ｃｉａ．ｃｏｌｆｈｓｓＫＩＩＵｎｖｒｉ，．．Ｋｏｅ）ｉｎｉ３０７。ｈｎ：２Ｓｈｏｏｙｉ，ＭＬＳＮＧＵｉｅｓｙＤＰＲ．ｒａｎＰｃｔ

纳米级步进压电微动台结构设计与性能分析研究的开题报告

纳米级步进压电微动台结构设计与性能分析研究的开题报告一、选题背景随着现代科技的不断发展，微纳加工技术在精密制造领域中越来越得到广泛应用。

其中，压电微动台是一种重要的微特殊加工设备，具有高分辨率、快速反应、精度高等优点，广泛用于纳米级加工领域。

该设备在光学领域、生物医学领域、半导体领域等各种领域中发挥着重要作用。

因此，研究纳米级步进压电微动台的结构设计及性能分析对于完善微纳加工技术体系，推进相关领域技术进步具有重要意义。

二、选题意义在微纳加工领域中，压电微动台具有广泛的应用。

学术界已经对其结构设计和性能优化进行了广泛的研究。

但是，很少有研究专注于纳米级步进压电微动台。

由于纳米级步进压电微动台具有更高的精度和更大的位移范围，因此在纳米级加工领域中具有更广泛的应用前景。

因此，研究纳米级步进压电微动台的结构设计及性能分析对于促进微纳加工领域技术的进步，推动相关领域的发展具有重要意义。

三、研究目标本文旨在通过研究纳米级步进压电微动台的结构设计与性能分析，探讨其在微纳加工领域中的应用前景；分析压电微动台的设计参数和材料性能对系统性能的影响，优化传感器和驱动系统的设计，提高设备的性能指标以适应不同领域的加工需求。

四、研究内容1. 纳米级步进压电微动台的结构设计；2. 基于有限元模拟方法的性能分析；3. 系统性能指标评估；4. 压电微动台应用场景研究。

五、预期成果本文主要在纳米级步进压电微动台的结构设计及性能分析方面进行研究，将实现如下成果：1. 确定适宜于压电微动台的结构设计方案；2. 采用有限元模拟方法，分析微动台的性能特点并确定压电材料的适宜选择；3. 评估优化后的纳米级步进压电微动台的系统性能指标并与国际同类产品进行对比；4. 分析压电微动台在复杂环境中的应用场景。

六、研究方法本文将采用如下研究方法：1. 文献调研法：详细研究国内外关于纳米级压电微动台及相关技术的最新研究成果；2. 数值模拟法：使用COMSOL软件建立压电微动台有限元模型，分析系统的动态响应、精度和稳定性等性能指标；3. 实验方法：基于程序控制与现场实验相结合的方法，对微动台系统进行实际测试，评估其性能指标；4. 统计分析法：通过对测试数据的收集和统计分析，评估该微动台的稳定性和性能指标。

一种纳米级二维微定位工作台的设计与分析

( a) x 向受力分析 ( a) F or ce analysis alo ng x axis
( b) x 向静定结构 ( b) Determinatio n st ruc tur e alo ng x ) F or ce analy sis alo ng ( a) 二维微定位工作台 ( a) 2 DOF stag e Fig. 2 y ax is 图2
21
得到基本静定体系如图 2( d) 所示, 在基本静定体系上分别作用驱动力 P y / 4、广义未知力 X 1 和 X 2 , 方向如图 2( d) 所示。同理 , 由力法方程分别解得广义未知力 X 1 = 1 3 Py L 和 X 2 = P y 。此时 , 二次超静定位移求 20 20 解可等效为图 2( d) 所示外荷载作用下静定体系的位移求解问题。利用莫尔积分式 , 可导出 C 点沿 P y 方向上的位移
I L
铰链截面惯性矩; 铰链长度。
由式 ( 1) 分别解得广义未知力 X 1 = 3 P x L 20 3 和X 2 = P x 。此时, 二次超静定位移求解可等 20 效为图 2( b ) 所示外荷载作用下静定体系的位移求解问题。利用莫尔积分式, 可导出 C 点沿 P x 方向上的位移
x
微动工作台运动部分的质量; 微动工作台 x 方向刚度 ; 微动工作台 y 向刚度; 工作台沿 x ( y ) 方向的位移; 工作台沿 x ( y ) 方向的加速度。
Design and analysis on a 2 DOF nanopositioning stage
SUN L i ning, M A L i, RONG Wei bin, GAO Yan ( Robot Resear ch I nsti tute, H ar bi n I nst it ute of T echnol ogy , H ar bin 150001 ) Abstract: A t w o deg ree of f reedom ( 2 DOF ) flexure hing e guided mot ion nano positioning st ag e w as developed t o alig n opt ical sy st em, and t he simplif ied mo deling of the nanoposit ioning st age w as dis cussed. T he x and y dir ection st iff ness and t w o natural frequencies of t he nanoposit ioning stag e w ere deduced in t erm s o f t he t heory of st ruct ural mechanics. T heoret ical analy sis and F init e Element Anal y sis( FEA) on st at ic and dynamic behav io rs of the nanoposit ioning st age w ere perf ormed, t he compar at ive result s of t he t heor y, FEA and exper im ent s show the accuracy o f t heory m odel and the validity of FEA. F EA also indicat es t hat t he st if f ness, nat ural f requency and driving f orce w ill increase wit h decreasing hinge lengt h and increasing hinge w idt h in despit e of increasing t he maxim um st ress o f the st age. T he exper im ent al result s also sho w t hat dim ensio n mo dificat ion is available to cont rolling and opt imizing nat ural f requency, displacement , st resses, and for ce t o achieve t he desired r esponse of the nanopo sit ioning sy st em. Finally, a simple procedure to o pt imize dimensions of t he nanoposit ioning st age w as given. Key words: f lex ure hing e; nanoposit ioning stag e; F init e Elem ent Analysis( F EA)