本文關(guān)鍵詞：具有菱形截面的微梁諧振器件的熱彈性阻尼機(jī)理與模型，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微機(jī)械諧振器件是近年來出現(xiàn)的新型諧振器件。品質(zhì)因數(shù)是這類器件的核心參數(shù)。品質(zhì)因數(shù)的物理意義是振動(dòng)器件的總能量除以一個(gè)周期內(nèi)器件耗散的能量。高品質(zhì)因數(shù)代表低能量損失、高靈敏度和可靠性。通常將微機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems,簡稱MEMS)中阻尼劃分成兩類：外部阻尼和內(nèi)部阻尼。外部阻尼如空氣阻尼、支撐阻尼和表面損失等,可以通過合理的設(shè)計(jì)和改善工作條件來消除。內(nèi)部阻尼,如熱彈性阻尼是系統(tǒng)內(nèi)部固有阻尼,不能像外部阻尼那樣輕易消除。作為微結(jié)構(gòu)材料的固有能耗,熱彈性阻尼不僅制約著品質(zhì)因數(shù)的上限,而且還對諧振器的精確度、靈敏度和噪聲特性等產(chǎn)生重要的影響。因此,振動(dòng)結(jié)構(gòu)中熱彈性阻尼為當(dāng)前理論研究的熱點(diǎn)。對于近年來越來越復(fù)雜的微諧振器結(jié)構(gòu),研究出更為針對性、具體性的熱彈性阻尼模型是非常有實(shí)用價(jià)值的。目前對于矩形截面和圓形截面微梁諧振器的熱彈性阻尼的研究已經(jīng)成熟,然而對于具有菱形截面微梁的諧振器件的熱彈性阻尼的研究還沒有出現(xiàn)。本文將在前人研究的基礎(chǔ)上,率先對菱形截面微梁的熱彈性阻尼機(jī)理與模型進(jìn)行分析并給出相關(guān)詳細(xì)的公式。在文章的后半部分,對絕熱邊界條件下的菱形截面微梁的熱彈性阻尼理論模型進(jìn)行總結(jié)分析,利用MATLAB軟件將模型轉(zhuǎn)化成曲線的表達(dá)形式,使理論模型更加直觀。最后建立了菱形截面微梁的有限元模型,利用有限元軟件求出其熱彈性阻尼值,從而可以比較理論模型與有限元模型的差異。我們得出了在絕熱邊界條件下,菱形截面微梁諧振器工作于高頻狀態(tài)(109rad·s-1)時(shí)能有效提高品質(zhì)因數(shù),并且驗(yàn)證了本文所推導(dǎo)出的理論計(jì)算模型在滿足一定條件下的正確性與可行性,從而為快速而準(zhǔn)確地估算菱形截面微梁諧振器的熱彈性阻尼、提高其品質(zhì)因數(shù)提供了一個(gè)行之有效的理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)械諧振器 品質(zhì)因數(shù) 菱形截面微梁 熱彈性阻尼 熱傳導(dǎo)理論
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN629.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 概述9-10
• 1.2 微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 MEMS的發(fā)展歷史10-11
• 1.2.2 MEMS的發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.2.3 國內(nèi)MEMS的發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3 微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用與展望12
• 1.4 MEMS諧振器件12-14
• 1.4.1 MEMS諧振器件的介紹12-13
• 1.4.2 MEMS諧振器件的品質(zhì)因數(shù)13
• 1.4.3 微梁諧振器件的應(yīng)用13-14
• 1.5 熱彈性阻尼及其研究現(xiàn)狀14-16
• 1.5.1 熱彈性阻尼的概念及其產(chǎn)生機(jī)理14-15
• 1.5.2 經(jīng)典理論模型15-16
• 1.6 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 1.7 本章小結(jié)17-18
• 第二章 現(xiàn)有的微梁諧振器件的熱彈性阻尼機(jī)理與模型18-40
• 2.1 微梁的一維熱傳導(dǎo)方程18-20
• 2.2 Zener的TED理論模型20-28
• 2.2.1 矩形截面梁熱傳導(dǎo)方程的求解20-23
• 2.2.2 矩形截面梁的經(jīng)典TED模型23-25
• 2.2.3 圓形截面梁TED的模型25-28
• 2.3 LR的改進(jìn)TED理論模型28-30
• 2.4 Ru的簡化TED理論模型及其應(yīng)用30-38
• 2.4.1 熱傳導(dǎo)方程及其求解31-32
• 2.4.2 Ru的熱彈性阻尼模型32-33
• 2.4.3 矩形截面梁的TED模型33-35
• 2.4.4 橢圓形截面梁的TED模型35-36
• 2.4.5 等腰三角形截面梁的TED模型36-38
• 2.5 本章小結(jié)38-40
• 第三章 具有菱形截面的微梁諧振器件的熱彈性阻尼機(jī)理與模型40-51
• 3.1 菱形截面微梁的TED模型40-45
• 3.1.1 利用多項(xiàng)式假設(shè)模態(tài)法近似溫度場40-42
• 3.1.2 菱形截面微梁的TED模型42-45
• 3.2 Ru的TED簡化模型的改進(jìn)45-49
• 3.2.1 熱傳導(dǎo)方程的求解的改進(jìn)46
• 3.2.2 改進(jìn)后的TED模型46-47
• 3.2.3 改進(jìn)后菱形截面微梁的TED模型47-49
• 3.3 本章小結(jié)49-51
• 第四章 理論模型與FEM數(shù)值結(jié)果的比較分析51-65
• 4.1 幾何尺寸對TED的影響51-53
• 4.2 正方形截面微梁振動(dòng)方向?qū)ED的影響53
• 4.3 一階固有頻率下的熱彈性阻尼53-54
• 4.4 菱形截面微梁工作時(shí)溫度場54-55
• 4.5 改進(jìn)后的理論模型與原理論模型對比55-58
• 4.6 有限元數(shù)值模擬及結(jié)果對比58-63
• 4.7 結(jié)論63-64
• 4.8 本章小結(jié)64-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 5.1 全文總結(jié)65-66
• 5.2 不足和展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 附錄一 求解菱形截面微梁的熱彈性阻尼的MATLAB程序71-78
• (一)、絕熱邊界條件下菱形截面微梁與矩形截面微梁熱彈性阻尼值的MATLAB程序71-73
• (二)、工作在一階固有頻率下菱形截面微梁熱彈性阻尼值的MATLAB程序73-74
• (三)、菱形截面微梁工作時(shí)溫度場的MATLAB程序74-75
• (四)、理論模型與有限元模型對比的MATLAB程序75-78
• 附錄二 求解菱形截面微梁熱彈性阻尼值的ANSYS程序78-79

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  本文關(guān)鍵詞：具有菱形截面的微梁諧振器件的熱彈性阻尼機(jī)理與模型，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：257094