均布电场下微型旋转圆环的振动分析

发布时间：2020-06-05 01:59

【摘要】：微机电系统是在微电子技术基础上发展起来的,特征尺寸在亚微米或毫米范围内的机械系统或装置。目前,微机械结构力学研究主要集中在微型板、梁的动态特性分析方面,对环形微结构振动分析研究较少。因此,本文提出均布电场下旋转环自由振动的频率和模态分析,研究对比了不同理论模型下旋转环的动态稳定性。基于薄壳振动理论,通过能量法建立均布电场下旋转环的理论模型,推导出旋转环在电场中的运动方程,利用模态展开法获得固有频率和模态的解析解。电场的引入不仅引起静电力而且引起等效的负电刚度,将降低旋转环的固有频率或临界转速。旋转效应会使得微型环每个阶次n的固有频率出现分岔现象,并出现移动模态,每个移动模态与旋转环同向或反向行进。电场和转速将影响移动模态的行进速度,增大电压会降低正、反向移动模态的行进速度,增大转速会增加正向移动模态的行进速度而减小反向移动模态的行进速度。基于离心力引起的初始应力对旋转环模型进行修正,推导出静止环在静电场作用下的静态吸附电压,并将电场的非线性化模型线性化。当电压小于静态吸附电压时,该线性化的静电场模型与非线性模型吻合,相差小于5%。沿用该线性化模型,对旋转环进行固有特性分析和动态稳定性分析,当电压值超出稳定区域时,通过增加环的转速至超过临界转速,可使旋转环离开不稳区。本文关于旋转微环形结构的理论分析,对静电驱动MEMS结构的理论研究及工程应用有重要意义。
【图文】：

机电耦合系统

改变而产生变形从而提供驱动力，有一定的热惯性且响应速度会较表 1 各类驱动方式性能对比驱动方式驱动力速度参数位移效率电压兼容静电驱动不大很快位移较小很高较高好电磁驱动小快力大高不热力驱动大较慢应变大很高不压电驱动大快应变小很高较高不记忆合金大慢位移大低不电驱动的特点和在 MEMS 中的应用驱动是利用电荷间的库仑力做驱动力的驱动技术，其基本原理是的两极板间的吸引作用。

静电式,驻极体,扬声器,静电驱动

S 驱动器中占据很大优势。在大多情况下，静电设值。静电驱动器有相当大的表面积/体积比，，即所谓应力场与电场、磁场、热场等多种物理nical coupling effects)，且该种耦合呈非线性，求动器的各驱动方式中，静电驱动应用最为广泛主要集中在：简单，响应速度快。技术有较好的兼容性，便于制作集成系统。移大、工作效率高。，静电驱动结构在微机电系统中的应用非常普遍称的纸喇叭，，如图 1-2 所示）、打印机喷墨头
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH113.1;TH-39

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