随机噪声激励下轻敲式原子力显微镜动力学特性研究
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基金项 目:国家 自 然科学基金 ( 17 17 162 3 ) 国家杰出青年科学 10 24 , 0 0 3 ; 0
基 金 (0 22 9 13 50 )
混沌运动 , 并显示 了当} 沌运动发生时系统物理参数 昆 的变化范围 ; 同时表示 了系统状态的反馈控制可以消
除混沌的可能性。B s as o等 采用数值仿真方法研究
期运 动和混沌运动 , 表现出复杂的非 线性行 为 , 混沌特性随着随机扰动强度增 大而增强 , 弯月面接触角越大混沌特性越 明 显, 因此在轻敲式 A M优化设计中 , F 随机噪声对 A M系统 的影响不可忽视。 F
关键 词 :微/ 纳机电系统 ; 原子力显微镜 ;enr o e 力 ; Lna d—Jns 有界 噪声 ; 弯月面
s s m o st r u h a c mp e o l e r b h vo . As t e d n i f t e r n o d s r a c n h o t c n l f y t g e h o g o l x n ni a e a i r e n h e st o h a d m it b n e a d t e c n a t a g e o y u
概念 , 果表 明 , 于 随 机 扰 动 的 影 响 , 统 的 随 机 安 结 由 系
图1
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=10时 , 同强度 和中心频 率情况下 , . 不 随机 激励功
率谱 密度 C ( 和激励 频率 的关系图 )
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等 基于单 自由度非线性振子模型 , 采用摄动法研究
了 V ndr a 力 场 中微 悬 臂 梁 的动 态 响 应 , 果表 a e l Wa s 结 明 : 化分 析不 能很好 说 明 频率 漂 移 现象 , 能 解 释 线性 不 当尖 角和 模 型 间 距 离 有 微 小 变 化 时 有 较 大 的 频 率 漂 移, 而振子 的非 线 性 行 为 能 够解 释 共 振 频 率 漂 移 与尖 角 和模 型 间距离 的 函数关 系 现象 。A ha shb等 在研
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喜
量
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要
2
矗
端偏转角的关系 , 出了轻敲模式下减小 A M测量误 指 F
差 的方 法 。
言
有界 噪声 作 为 一 种 典 型 的 随 机 过 程 , 众 多 研 究 在 领域 得 到广 泛应 用 。冯志 华等 ¨ 针对 轴 向基 础窄 带 随 机激 励 柔性 梁 的非 线 性 动 力 学 方 程 , 用 多 尺 度 方 法 采 获得 了系统 稳 定 性 的 解 析 表 达 式 和 相 应 的 Hof 岔 p分 类 型 。戎 海武 等 研究 了有 界 噪声 激励 下软 弹簧 D f u- i 振 r g 子 的安全 盆侵 蚀 现象 , 出 了随机 安全 盆 分岔 的 n 提
n ie e ctto s i v siae . T e os x iai n wa n e t t d g h mir c n ie e s mo ee s a l mpe — p r mee d la d t e i tr ci n c o a tlv r wa d ld a u d a a tr mo e n h n e a t o
第一作者 武 洁 女, 硕士 ,9 7年生 18
第 3期
武
洁等 :随机 噪声激励下 轻敲式原子力显微镜动力学特性研究
9
nr. ns 场 中 带 自增 益 控 制 的单 自由度 振 子 的稳 adJ e 力 o
定性判据。肖增文等¨ 针对轻敲模式原子力显微镜微
悬 臂梁 在谐 振 频 率 附 近振 动 的 问题 , 立 微 悬 臂 梁 的 建 振 动模 型 , 真 出 了微 悬 臂 梁前 几 阶 的振 动模 态 , 到 仿 得 了在 保 证振 幅不 变 的情况 下 微 悬 臂梁 各 参 数 与其 自由
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nr. ns 场 , 究 了系统 在 正 弦激 励 下 的动 力 学行 adJ e 力 o 研 为, 应用 Me io 方法 预测 系统 的混 沌 现象 , 明 当阻 l kv n 表 尼 、 励及 系 统 的平 衡 位 置 在 一定 范 围 内系 统 可 能 有 激
非线性动力学行为的实验报告 , 此后在 A M物理建模 F 和动力 学 行 为方 面 取 得 了一 系列 研 究 进 展。Am ie
了 Ln adJns enr. e 力场 中单 自由度 振 子 的 混 沌 , 现 了 o 发 倍 周期 分岔 、 混沌运 动 , 出分 岔 与系 统 参数 之 间 的 函 给
数 关 系 。此 外 , o tr r C uui 等 应 用 摄 动 法 导 出 Ln e e—
收稿 日 : 0 0 1 2 修改稿 收到 日 : 1 — 1 1 期 2 1 — 0— 6 期 2 0 1 —0 0
Ke o d : M MS N M ; ao c oc m cocp ( F ) L n adJn s oet l b u d d os ; y w rs E / E S t f e i soe A M ; en r— e p t i ; on e n i mi r r o na e
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摘 要 :针对有界随机噪声激励下轻敲式原子力显微镜 ( F .o if c mc s p ) A M:t c o e ioc e 系统的非线性动力学问 A m r r o
题, 建立 L nad— oe 力场作用下针尖 一样品的集 总参 数模 型 , enr Jns 应用现代微 分方 程和分岔理论 , 分析 了随机扰动强度 和 弯月 面接触角对 A M针尖 一样 品耦合系统动力学特性的影响。结果表 明 , F 轻敲式 A M耦合动力学系统中存 在丰富 的周 F
自从 18 96年诺 贝尔 奖 获得 者 Bnig等 发 明 了 ig n 原 子力 显微 镜 以来 , 已成 为微 纳 米 研 究 最 核 心 的 工 其 具 之一 , 是微 纳 米 尺 度 下 探 究 材 料 、 面 的性 质 , 而 表 继 进 行微 纳 米 操 作 的 基 本 手 段 , 已在 生命 科 学 、 料 科 材 学、 电子技术 等 领 域 发 挥 了重 大 作 用 , 力 推 动 了微/ 极
振 第Fra Baidu bibliotek 1卷第 3期
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J OURNAL OF VI BRAT ON AND HOCK I S
随机 噪声 激励 下 轻敲 式原 子 力显 微镜 动 力 学特性 研 究
武 洁 ,张文明 ,孟 光 ,何宇航
200 024)
( 上海交通 大学 机械系统与振动国家重点实验室 , 上海
究单 自由度 振 子 中考 虑 了 V n d rWal 场 和 L n a e a s力 e—
纳米科技的发展 , 促使人类进入了纳米时代。
自从 原 子力显 微 镜发 明至今 , A M 动 力 学 行 为 在 F
分析方面 , 许多研究人员直接将 A M结构中的微悬臂 F
梁 一样 品 间 相 互 作 用 力 进 行 线 性 化 得 到 振 动 响 应 - 。19 年, l z 等 率先发表 了轻敲式 A M 4 9 1 Ge e ] ys F
中图分类号 :0 2 32 文献标识码 :A
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全盆 分 叉点 发生 了偏 移 。刘雯 彦等 研究 了有界 噪声 激励 下 单摆 一谐 振 子 系统 的混 沌 运 动 , Meno 用 l kv方 i 程预 测 系统 可 能存 在 混 沌 运 动 的参 数 域 , 过 数 值 分 通
基 金 (0 22 9 13 50 )
混沌运动 , 并显示 了当} 沌运动发生时系统物理参数 昆 的变化范围 ; 同时表示 了系统状态的反馈控制可以消
除混沌的可能性。B s as o等 采用数值仿真方法研究
期运 动和混沌运动 , 表现出复杂的非 线性行 为 , 混沌特性随着随机扰动强度增 大而增强 , 弯月面接触角越大混沌特性越 明 显, 因此在轻敲式 A M优化设计中 , F 随机噪声对 A M系统 的影响不可忽视。 F
关键 词 :微/ 纳机电系统 ; 原子力显微镜 ;enr o e 力 ; Lna d—Jns 有界 噪声 ; 弯月面
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了 V ndr a 力 场 中微 悬 臂 梁 的动 态 响 应 , 果表 a e l Wa s 结 明 : 化分 析不 能很好 说 明 频率 漂 移 现象 , 能 解 释 线性 不 当尖 角和 模 型 间 距 离 有 微 小 变 化 时 有 较 大 的 频 率 漂 移, 而振子 的非 线 性 行 为 能 够解 释 共 振 频 率 漂 移 与尖 角 和模 型 间距离 的 函数关 系 现象 。A ha shb等 在研
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第一作者 武 洁 女, 硕士 ,9 7年生 18
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随机 噪声 激励 下 轻敲 式原 子 力显 微镜 动 力 学特性 研 究
武 洁 ,张文明 ,孟 光 ,何宇航
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( 上海交通 大学 机械系统与振动国家重点实验室 , 上海
究单 自由度 振 子 中考 虑 了 V n d rWal 场 和 L n a e a s力 e—
纳米科技的发展 , 促使人类进入了纳米时代。
自从 原 子力显 微 镜发 明至今 , A M 动 力 学 行 为 在 F
分析方面 , 许多研究人员直接将 A M结构中的微悬臂 F
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