MEMS系統(tǒng)技術(shù)是21世紀發(fā)展的具有革命性的高新技術(shù),在航空航天、精密儀器、生物技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,是國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要明確指出的重要發(fā)展方向。隨著MEMS器件尺寸減小、精度提高、性能的不斷改善,面臨著各種需要解決的力學(xué)問題。對于各類微諧振器、微陀螺儀等,深入研究復(fù)雜環(huán)境下非線性振動行為以及各種動力學(xué)耦合機制有助MEMS器件的優(yōu)化設(shè)計和應(yīng)用拓寬。微梁/梳齒結(jié)構(gòu)是MEMS諧振器的核心部件,其主要利用諧振器內(nèi)部機械諧振特性而工作。然而此類結(jié)構(gòu)在靜電驅(qū)動力下工作時存在結(jié)構(gòu)大變形非線性、靜電力非線性,各物理場之間存在復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系以及結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在復(fù)雜的模態(tài)耦合,同時微尺度下材料表現(xiàn)的尺度效應(yīng)和蠕變特性都會對系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。復(fù)雜的環(huán)境耦合條件以及不可避免的非線性因素抑制了MEMS技術(shù)的發(fā)展,考慮微尺度效應(yīng),開展復(fù)雜耦合環(huán)境和非線性條件下諧振器的非線性動力學(xué)行為以及優(yōu)化問題研究,同時闡述復(fù)雜運動形式下能量轉(zhuǎn)移耗散機制的演變規(guī)律對于提高MEMS研發(fā)水平、拓寬MEMS應(yīng)用領(lǐng)域具有顯著的指導(dǎo)意義。本文以平行板電容驅(qū)動微梁和微梳齒結(jié)構(gòu)為研究對象,分別深入研究了不同耦合... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：162 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－２典型靜電驅(qū)動微諧振器的力學(xué)模型??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ?ｍｏｄｅｌｓ?ｆｏｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ?ａｃｔｕａｔｅｄ?ｍｉｃｒｏｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ??

和定量研宄，將諧振器模型做如下簡化處理：微梁假設(shè)為歐拉－伯努利梁模型，??該模型受到平行極板之間靜電力作用，考慮微梁的軸向殘余應(yīng)力或預(yù)應(yīng)力，忽略??靜電場的邊緣效應(yīng)，由此可以得到諧振器的簡化力學(xué)模型如圖２－１所示，其中ｗ??為梁的橫向位移，ｄ為梁與基底間的初始間距，匕為直流電壓的幅值，匕和Ｑ為??１５??

果更加吻合，特別是隨著直流電壓趨近靜態(tài)吸合電壓，傳統(tǒng)伽遼金離散方法的誤??差越來越大，而非線性伽遼金表現(xiàn)出很好的收斂性。??圖２－２詳細展示了隨著直流電壓從０到吸合電壓之間變化時三種方法之間的??結(jié)果對比，當直流電壓遠離吸合電壓時，三者之間的結(jié)果是基本吻合的；但是隨??著直流電壓的增加，靜態(tài)位移的逐漸增大，傳統(tǒng)伽遼金離散方法的誤差越來越大。??而非線性伽遼金離散結(jié)果始終和仿真結(jié)果相吻合。接下來不同直流電壓下系統(tǒng)的??固有頻率也可以通過上述三種方法計算出來，結(jié)果如表２－１所示。非線性伽遼金??計算結(jié)果相對于傳統(tǒng)伽遼金離散結(jié)果誤差更小，當電壓接近吸合電壓時，傳統(tǒng)伽??遼金離散結(jié)果會導(dǎo)致９％左右的誤差，而非線性伽遼金方法的誤差只有２．３％。在??遠離吸合電壓位置是，非線性伽遼金離散結(jié)果與仿真結(jié)果之間的誤差低于１％。??２３??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]大位移MEMS靜電梳齒驅(qū)動器的設(shè)計及制作[J]. 明安杰,李鐵,王躍林.  功能材料與器件學(xué)報. 2009(01)

博士論文
[1]一類雙極板靜電驅(qū)動微梁諧振器的非線性振動及其控制研究[D]. 韓建鑫.天津大學(xué) 2016
[2]復(fù)雜力學(xué)環(huán)境中MEMS安全系統(tǒng)失效機理與分析方法研究[D]. 張建宏.北京理工大學(xué) 2014
[3]微機械諧振器的能量耗散機理與復(fù)雜動力學(xué)特性研究[D]. 仲作陽.上海交通大學(xué) 2014
[4]微結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)研究及其應(yīng)用[D]. 王炳雷.山東大學(xué) 2011

碩士論文
[1]熱彈耦合功能梯度圓板的熱沖擊屈曲[D]. 于凱.蘭州理工大學(xué) 2016
[2]功能梯度微環(huán)板的非線性彎曲和后屈曲分析[D]. 劉曉紅.北京交通大學(xué) 2013
[3]MEMS執(zhí)行器多場耦合分析[D]. 金才.沈陽理工大學(xué) 2013
[4]熱沖擊下纖維增強復(fù)合材料熱力耦合問題研究[D]. 陳立群.重慶大學(xué) 2012
[5]MEMS微結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的尺度效應(yīng)研究[D]. 馮南鵬.南京理工大學(xué) 2009
[6]MEMS微結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性研究[D]. 葛金生.南京理工大學(xué) 2008



本文編號：3485008