扭转式NEMS执行器的pull

发布时间：2016-07-30 00:14

本文关键词：扭转式NEMS执行器的pull-in特性分析，由笔耕文化传播整理发布。

单位代码：10293密级：；硕士学位论文；论文题目：；1010020730学号；姓名；方玉明导师；学科专业；研究方向；申请位类别学；论文交日期提；Thepull-inanalysisoftors；ThesisSubmittedtoNanjing；Telecommunicationsforthe；MasterofEngineering；By；TangYao；S

单位代码： 10293 密级：

硕士学位论文

论文题目：

1010020730 学号

姓名

方玉明导师

学科专业

研究方向

申请位类别学

论文交日期提

The pull-in analysis of torsional NEMS acutators

Thesis Submitted to Nanjing University of Posts and

Telecommunications for the Degree of

Master of Engineering

Tang Yao

Supervisor: Prof.Fang Yuming

February 2013

南京邮电大学学位论文原创性声明

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涉密学位论文在解密后适用本授权书。

研究生签名：____________ 导师签名：____________ 日期：_____________

摘要

纳机电系统是一项被认为面向21世纪可以得到广泛应用的高新技术产业，在国防军工、航空航天、医疗工程等领域具有潜在应用，倍受各国政府和专家的高度重视。纳执行器是NEMS (Nano Electro Mechanical System) 的核心部分，它既可以为纳机电系统提供动力，也可以成为纳机电系统的操作和执行单元。其中静电驱动的纳执行器是应用最广泛的执行器之一。在扭转式静电纳执行器中，有一种pull-in现象的存在，这种现象是研究静电执行器必须考虑的。

在本文中，概述了微纳机电系统的发展方向及应用，介绍了国内外微纳执行器的研究现状。基于扭转式静电纳执行器的集总参数模型，简单介绍了执行器的pull-in现象和机理。接着介绍了忽略Casimir效应下的扭转式静电纳执行器的静态pull-in参数的求解，主要通过力法和能量法研究pull-in现象。然后，在此研究的基础之上，分析了考虑Casimir效应的扭转式静电纳执行器的静态pull-in现象，得出了pull-in失稳现象相关的结果。最后重点研究了考虑Casimir效应的静电纳执行器的动态pull-in现象，对扭转式静电纳执行器在阶跃响应、调制响应下进行理论分析，并运用Matlab数学软件对扭转式静电纳执行器进行分析，得出扭转式静电纳执行器的动态pull-in特性。

关键词: 纳机电系统，Casimir效应，，扭转式静电纳执行器，静态pull-in现象，动态pull-in现象

Abstract

Nano Electro Mechanical System (NEMS) is a kind of widely used technology in 21st century. It has been used in military defense, aerospace engineering and biomedical engineering. So professors from different countries consider its high value. Actuator is the core of NEMS and it could not only provide power to the NEMS, but also be the operation unit. Electrostatic NEMS actuator is a common NEMS actuator. In the process of studying electrostatic nano-actuators, there is a pull-in phenomenon. It is also known as pull-in instability phenomenon and is an important feature of the electrostatic nano-actuators.

In this paper, we introduce the development and application of micro-nano-electromechanical systems at home and abroad. Based on lumped model of torsion actuators, it simply introduces the pull-in phenomenon of micro actuators and its mechanism. Then it analyses the pull-in parameters of the torsion NEMS electrostatic actuators without Casimir effect. We will study the pull-in phenomenon through the force method and energy method. Then on the basis of this study, it analyses the pull-in phenomenon of torsion NEMS electrostatic actuators with Casimir effect. Then we get the pull-in instability related data. Finally, dynamic stability of torsion NEMS electrostatic actuators with Casimir effect is researched. It theoretically analyses the pull-in characteristic of torsion actuators under the step-in voltage response and modulated voltage response. Then we use the software of Matlab, it is the mathematic software to simulate the pull-in parameters and pull-in position of torsion actuators under the step-in voltage response and modulated voltage response. Afterwards, we compare the simulation results with the theoretical analysis and make the conclusion.

Key words: NEMS，Casimir effect， torsion electrostatic nano-actuators，static pull-in phenomenon，dynamic pull-in phenomenon

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