石墨烯薄膜大挠度力学特性研究

来源：机械工程学报杂志2015年第6期北京时间：

作者：李成, 肖俊, 郭婷婷, 樊尚春, 靳伟

单位：北京航空航天大学惯性技术重点实验室 北京 100191； 2. 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院 上海 100191； 3. 香港理工大学电机工程学系 香港 999077 中国)

摘要：针对石墨烯薄膜微压力传感特性，基于圆薄膜大挠度弹性理论，构建均布载荷-挠度数学模型，求解预应力对挠度变化的影响规律，应用ANSYS静力学非线性和模态分析方法，对弹性模量与层数等薄膜参数引起的挠度特性及振动特性进行数值解析与有限元仿真。结果表明，低载荷条件下预应力对挠度形变作用明显，且在0～3.6 kPa范围内挠度与载荷基本呈线性关系，但随着载荷增加，弹性模量与层数对挠度形变表现出递减效应，不过固有频率与模态特性仍取决于预应力，受薄膜参数影响较小。这种力学特性验证了Beams球壳理论模型的有效性，在线性区间内受预应力影响其解析解与ANSYS仿真解的平均相对误差小于0.49%。

关键词：大挠度,建模仿真,力学特性,石墨烯薄膜；

基金资助：国家自然科学基金(61121003)、中央高校基本科研业务费(YWF-13-B03-C11, YWF-14-YQGD-004)