悬臂梁式微开关特性分析研究

发布时间：2017-05-14 08:25

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【摘要】：静电力是微机电系统(MEMS)中一种重要的驱动方式，现在已经广泛应用于微开关、微钳和微镜等微器件中。尽管已有一些静电驱动的MEMS产品实现了商业化，但是相关设计理论和设计工具尚不能满足工业设计的需求，实际设计中主要的设计方法仍然是反复试验，这导致了设计效率低下，制约了产品的研发速度和商业化进展。本文旨在探讨利用ANSYS以直接耦合的方法分析静电驱动悬臂梁式微开关的静态、动态和稳定性特性并根据分析结果验证理论推导的正确性。研究内容包括悬臂梁式微开关承受直流驱动电压的静态分析以及其承受交流驱动电压下的静态和动态分析。 ANSYS分析过程涉及微结构建模、静态分析、模态分析、动态分析及稳定性分析。因系统同时涉及静电力和结构变形，故属于静电-结构耦合的多物理场分析。整个过程需要多次重复分析以采集有效数据，并绘制相关特性曲线。因ANSYS分析结果与实际情况较接近，，故可以将分析结果与理论结果进行比较，以验证理论推导的正确与否。同时分析结果可以对悬臂梁式微开关的设计提供一定的参考依据，以缩短产品设计周期，加快其商业推广步伐。
【关键词】：静电驱动 MEMS 悬臂梁式微开关 动态分析
【学位授予单位】：烟台大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 图表目录8-9
• 符号说明9-12
• 1 绪论12-29
• 1.1 微机电系统概述12-17
• 1.1.1 微机电系统12-15
• 1.1.2 微机电系统的应用15-17
• 1.1.3 微机电系统面临的挑战17
• 1.2 MEMS 国内外研究状况17-19
• 1.2.1 国外研究状况17-18
• 1.2.2 国内研究现状18-19
• 1.3 微机械开关19-24
• 1.3.1 微机械开关简介19-20
• 1.3.2 微机械开关的驱动方式与结构类型20-24
• 1.3.3 微开关的应用前景24
• 1.4 课题的意义及论文的内容24-29
• 1.4.1 课题意义24-27
• 1.4.2 论文内容27-29
• 2 悬臂梁式微开关建模29-35
• 2.1 ANSYS 简介29
• 2.2 微系统建模29-35
• 2.1.1 建立模型并划分网格29-34
• 2.1.2 边界条件34-35
• 3 系统静态分析35-40
• 3.1 静电吸附35
• 3.2 静平衡理论求解35-37
• 3.3 ANSYS 静态分析37-40
• 4 系统动态分析40-52
• 4.1 动态分析理论求解40-42
• 4.2 悬臂梁模态分析42-45
• 4.3 悬臂梁动态分析45-51
• 4.4 小结51-52
• 5 系统稳定性分析52-60
• 5.1 承受直流驱动电压下系统稳定性理论分析52-53
• 5.2 承受交流驱动电压下系统稳定性理论分析53-57
• 5.2.1 弗洛凯理论53-56
• 5.2.2 承受交流驱动电压下的稳定性分析56-57
• 5.3 系统稳定性分析57-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录 1 攻读学位期间发表的学术论文目录67-68

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