發(fā)布時(shí)間：2017-08-27 00:26

  本文關(guān)鍵詞：MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件彎—扭耦合擠壓膜阻尼機(jī)理與模型

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【摘要】：對(duì)于MEMS諧振器件,品質(zhì)因數(shù)是衡量其動(dòng)力學(xué)特性的重要指標(biāo)。高品質(zhì)因數(shù)表示MEMS諧振器件振動(dòng)過(guò)程中能量損耗較慢,且具有更高的靈敏度和分辨率。阻尼是影響品質(zhì)因數(shù)的重要因素,對(duì)于MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件,擠壓膜阻尼一般是其阻尼主要部分,這使得在理論層面上建立一個(gè)準(zhǔn)確的擠壓膜阻尼模型變得非常必要。目前,前人已對(duì)MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件的擠壓膜阻尼進(jìn)行了大量研究,但前人的研究大多只考慮了MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件的純扭轉(zhuǎn)模態(tài),一些學(xué)者雖然考慮了支撐梁的彎曲振動(dòng),但他們只研究了MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件的靜態(tài)特性或忽略了器件中存在的彎扭耦合效應(yīng)。MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件在工作過(guò)程中,并不是受到純扭矩的作用,因此其不可避免的會(huì)產(chǎn)生彎曲振動(dòng),且彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)之間存在耦合關(guān)系。本論文首先在前人研究的基礎(chǔ)上,分別在氣體不可壓縮和氣體可壓縮兩種情況下對(duì)彎扭耦合MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件擠壓膜阻尼進(jìn)行了研究,利用Pan等提出的雙正弦級(jí)數(shù)法得到了MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件間隙中氣體壓力分布函數(shù),并通過(guò)積分求得了振動(dòng)部件所受的阻尼力和阻尼力矩,給出了阻尼系數(shù)、剛度系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)的解析表達(dá)式。然后對(duì)純扭轉(zhuǎn)模型和彎扭耦合模型進(jìn)行了對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)純扭轉(zhuǎn)模型和彎扭耦合模型的偏置位移、阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)之間存在一定相對(duì)誤差,且即使上述相對(duì)誤差較小,兩種模型品質(zhì)因數(shù)之間仍有可能相差較大。最后通過(guò)彎扭耦合模型理論結(jié)果和有限元數(shù)值結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了本文模型的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：擠壓膜阻尼 MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件 彎扭耦合效應(yīng) 品質(zhì)因數(shù)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB535;TH-39
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 概述9-10
• 1.2 微機(jī)械諧振器件中的氣體阻尼與其研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 氣體阻尼研究的目的與意義10
• 1.2.2 氣體阻尼的分類及其研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.3 論文研究意義12
• 1.3 本文創(chuàng)新點(diǎn)和主要研究?jī)?nèi)容12-13
• 1.3.1 本文創(chuàng)新點(diǎn)12
• 1.3.2 本文主要研究?jī)?nèi)容12-13
• 1.4 本章小結(jié)13-14
• 第二章 當(dāng)前MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件擠壓膜阻尼的機(jī)理與模型14-27
• 2.1 擠壓膜阻尼產(chǎn)生的機(jī)理與主要研究方法14-15
• 2.1.1 擠壓膜阻尼產(chǎn)生的機(jī)理14-15
• 2.1.2 擠壓膜阻尼的主要研究方法15
• 2.2 間隙中氣體的控制方程-雷諾方程15-16
• 2.2.1 可壓縮氣體的非線性雷諾方程15-16
• 2.2.2 可壓縮氣體的線性雷諾方程16
• 2.2.3 不可壓縮氣體的線性雷諾方程16
• 2.3 當(dāng)前MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件的擠壓膜阻尼模型16-26
• 2.3.1 Pan等的扭轉(zhuǎn)微鏡擠壓膜阻尼模型16-22
• 2.3.2 Moeenfard等的扭轉(zhuǎn)微鏡擠壓膜阻尼模型22-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 氣體不可壓縮情況下彎-扭耦合MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件的擠壓膜阻尼模型27-50
• 3.1 氣體不可壓縮情況下彎扭耦合MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件擠壓膜阻尼的理論模型27-35
• 3.1.1 彎扭耦合模型28-34
• 3.1.2 純扭轉(zhuǎn)模型34-35
• 3.2 純扭轉(zhuǎn)模型和彎扭耦合模型偏置位移的對(duì)比與分析35-38
• 3.2.1 偏置電壓對(duì)偏置位移的影響35-36
• 3.2.2 支撐梁長(zhǎng)度對(duì)偏置位移的影響36-38
• 3.3 純扭轉(zhuǎn)模型和彎扭耦合模型扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼系數(shù)的對(duì)比與分析38-41
• 3.3.1 振動(dòng)頻率對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼系數(shù)的影響38
• 3.3.2 氣體間隙厚度對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼系數(shù)的影響38-39
• 3.3.3 偏置電壓對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼系數(shù)的影響39-40
• 3.3.4 支撐梁長(zhǎng)度對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)阻尼系數(shù)的影響40-41
• 3.4 純扭轉(zhuǎn)模型和彎扭耦合模型品質(zhì)因數(shù)的對(duì)比與分析41-46
• 3.4.1 振動(dòng)頻率對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響41-42
• 3.4.2 氣體間隙厚度對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響42-44
• 3.4.3 支撐梁長(zhǎng)度對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響44-46
• 3.5 彎扭耦合模型擠壓膜阻尼理論結(jié)果與有限元數(shù)值結(jié)果的對(duì)比與分析46-49
• 3.5.1 彎扭耦合模型擠壓膜阻尼的有限元數(shù)值模型46-47
• 3.5.2 理論結(jié)果和有限元數(shù)值結(jié)果在不同振動(dòng)頻率下的對(duì)比47-48
• 3.5.3 理論結(jié)果和有限元數(shù)值結(jié)果在不同氣體間隙厚度下的對(duì)比48-49
• 3.6 本章小結(jié)49-50
• 第四章 氣體可壓縮情況下彎-扭耦合MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件的擠壓膜阻尼模型50-75
• 4.1 氣體可壓縮情況下彎扭耦合MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件擠壓膜阻尼理論模型50-54
• 4.1.1 彎扭耦合模型50-54
• 4.1.2 純扭轉(zhuǎn)模型54
• 4.2 純扭轉(zhuǎn)模型和彎扭耦合模型阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)的對(duì)比與分析54-60
• 4.2.1 振動(dòng)頻率對(duì)阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)的影響55-56
• 4.2.2 氣體間隙厚度對(duì)阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)的影響56-58
• 4.2.3 偏置電壓對(duì)阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)的影響58-59
• 4.2.4 支撐梁長(zhǎng)度對(duì)阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)的影響59-60
• 4.3 純扭轉(zhuǎn)模型和彎扭耦合模型品質(zhì)因數(shù)的對(duì)比與分析60-68
• 4.3.1 振動(dòng)頻率對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響60-63
• 4.3.2 氣體間隙厚度對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響63-65
• 4.3.3 支撐梁長(zhǎng)度對(duì)品質(zhì)因數(shù)的影響65-68
• 4.4 彎扭耦合模型擠壓膜阻尼理論結(jié)果與有限元數(shù)值結(jié)果的對(duì)比與分析68-74
• 4.4.1 理論結(jié)果和有限元數(shù)值結(jié)果在不同振動(dòng)頻率下的對(duì)比68-71
• 4.4.2 理論結(jié)果和有限元數(shù)值結(jié)果在不同氣體間隙厚度下的對(duì)比71-74
• 4.5 本章小結(jié)74-75
• 第五章 總結(jié)與展望75-77
• 5.1 論文總結(jié)75
• 5.2 不足與展望75-77
• 致謝77-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 附錄一 求解MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件擠壓膜阻尼的ANSYS程序81-85
• 附錄二 求解MEMS扭轉(zhuǎn)諧振器件擠壓膜阻尼的MATLAB程序85-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果89

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;壓膜造型和壓膜造型機(jī)[J];機(jī)床與工具;1959年12期

2 魏穎平;;調(diào)壓膜是誰(shuí)弄破的[J];排灌機(jī)械;1990年02期

3 姚德良,傅仙羅;圓盤形和圓環(huán)形壓膜軸承的氣動(dòng)力分析[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);1991年08期

4 李普;胡如夫;尹W，

本文編號(hào)：743500