静电驱动下某微型执行器与阻尼器的动力学特性研究

发布时间：2020-07-26 07:32

【摘要】：微机电系统(MEMS)中微结构的动力学特性对确保微机电系统的稳定运行具有重要的意义。为此,本文以平行板静电驱动式微型执行器为研究对象,将微执行器的平行电极板简化为理想的固支微梁模型,通过对微梁模型的探究来对微执行器的动力学特性进行分析。以直流、交流电压作用下的微梁为研究对象,采用Euler-Bernoulli梁模型、Galerkin数值离散方法、在考虑主共振的情况下,使用多尺度法研究了两端固支微梁的非线性动力学特性和可能出现的跳跃、吸合现象。结果表明:直、交流电压越大,阻尼值越小,系统表现出越强的非线特性;系统对交流电荷载作用下的振动响应相对于直流电荷载更加敏感;随着曲梁拱形高度的增加,系统会依次出现软化和硬化两种不同的行为;系统在分叉点附近可能出现跳跃或者吸合现象。研究成果为合理选取物理参数和控制系统振动行为提供参考。考虑到受静电力作用的微执行器构件,平行极板上电荷浓度分布的不均匀性的作用。本文讨论了由于电荷浓度分布不均,极板产生的边缘效应对系统非线性动力学特性的影响。通过研究发现:系统是否受边缘效应的影响,与极板厚度、上极板距下极板的初始距离有关。当极板厚度与距离下极板的初始距离比值小于1时,极板的边缘效应是需要考虑的。由于边缘效应的存在,研究模型的非线性特性会增强。为了消除边缘效应带来的影响,我们研究发现:当极板厚度大约为3倍的极板间距离或者更大倍数,边缘效应对系统的非线性特性是没有影响的。此种情况下极板的边缘效应可以不做考虑。本文还对微型减振器的动力学特性进行了研究。从减震器中简化出3自由度非线性振动模型,在3自由度模型上建立控制方程,使用数值方法求解,最后得到了构件幅值的关系式。探究了在静电外激励频率接近减振构件主频率的情况下,减振器的减振工作情况并且得出结论:在减振系统中,增大主构件所受的阻尼参数,会提高减振系统的工作效率。增大阻尼器的阻尼参数,会降低系统的工作效率。同时,降低减振阻尼器的固有频率提高系统的减振效果。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH-39
【图文】：

种高新科技、具有重要战略意义和机械加工技术，同时系统涉及自动控制学、材料类科学还有静拥有微米甚至纳米量级尺度构件需求、独立的智能化系统。现在来那电子中心给出的定义演变而电子组成的系统、它是采用与集纳米的构件。虽然与今天我们所，但是这个定义却是最接近的。也会不尽相同，欧洲更偏重不同 MST)。 日 本 的 更 偏 向 于 机 械名称不同，但都有共同特征：关、执行于一体的，提供多种特定

还有铝、金等材料。其中基底材料还包括玻璃和各种高聚物、记忆合金·图1.2 微机电系统工作示意图性、磁性材料等多功能材料。除了材料的多样性外，还有学科的多样性。微机电系统涉及的学科特别广，比如经典力学、静电学、电路系统、生物、物理、

第一章功，可以通过对功W 求偏导得到静电力：212eW CU Fd d 为了获得我们需要的关系，还可以对上式进行化简可得：222AUFd 其中， d 对应着微构件极板计算距离、 为介电常数、 A 为上下极板对面积。在使用静电力计算时，可以根据微构件结构条件的不同来选静电力表达形式。合适的静电力表达形式会很大程度上简化微结构的注意的是，无论哪种静电力表达式，在对微结构做分析时：一是要认为导体，这样构件才能产生电荷，二是要认为微结构表面是理想光滑足了这两个条件才能使用静电力公式进行计算。如若不满足，则是不用公式的。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵冉;卢全国;雍康俊;曹清华;徐斌;;磁致伸缩执行器驱动的精密流量阀建模与仿真[J];机械设计与研究;2015年06期

2 倪昀;;微机电系统中微执行器驱动方式的研究进展[J];智富时代;2015年06期

3 田文超;陈志强;;新型双向加载MEMS微执行器动力学分析[J];纳米技术与精密工程;2014年05期

4 武s

本文编号：2770473