Modélisation du comportement dynamique des micro (nano) poutres à structure non-uniforme

Abstract

L'objectif de cette thèse était l’étude du comportement dynamique des micro-poutres intégrées dans des microsystèmes comme éléments de base, en tenant compte de l’effet de la structure non-uniforme. L’étude est basée sur l’analyse des vibrations des micro-poutres pour développer de nouveaux modèles mathématiques tenant compte de la non-uniformité de la microstructure afin d’améliorer l’extraction des propriétés physiques des films minces constituants les micro-poutres. Nous avons présenté le principe d’intégration de la micro-poutre dans les microsystèmes, ses enjeux scientifiques et stratégiques et les méthodes de mesure adaptées pour la caractérisation mécaniques. Les modèles analytiques existants sont présentés, corrigés puis analysés en détail à partir de simulations par la méthode des éléments finis (MEF) sous le logiciel COMSOL afin de tester leur validité et déterminer les facteurs correctifs qui tiennent compte à la fois, de la variation du module de Young effectif avec la largeur, de l’effet de la sous gravure à l’encastrement et celui de la section droite non-rectangulaire de la micro-poutre non-uniforme. Nous avons ensuite développé des modèles tenant compte de l’effet d’un réseau de trous périodiques et de l’effet du champ thermique sur les modes de vibration des nano-poutres perforées. Enfin, les modèles développés ont été testé avec des mesures expérimentales, les résultats obtenus ont montré une nette amélioration de l’extraction de module de Young des films minces constituants les micro-poutres. D’autre part, d’autres résultats montrent que, la variation de la fréquence de résonance, l’effet de champ thermique et l’effet de la réduction de dimensions dépendent des paramètres géométriques du réseau trous périodiques.