基于有限元的多层微悬臂梁弹性性能、尺度效应和动态响应的研究

发布时间：2017-05-16 18:22

  本文关键词：基于有限元的多层微悬臂梁弹性性能、尺度效应和动态响应的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前，多层材料微悬臂梁由于其特殊的性能在MEMS系统中的应用日益广泛，当器件正常工作或者移动，甚至故障时，微悬臂梁的多层结构的应力、可靠性对MEMS系统本身将产生一定的影响。本课题主要是针对某型多层材料微悬臂梁，通过有限元建模方法研究多层悬臂梁的弹性常数与结构尺度的关系，研究应力状态及在受到简谐波振动和突然冲击时动态响应。 本文首先将依据微悬臂梁的特点，建立单层微悬臂梁和多层复合微悬臂梁的理论关系，推导多层复合微悬臂梁等效弹性常数的数值计算方程。 其次，利用有限元分析软件和等效多层复合微悬臂梁模型，对结构进行建模分析，在前面推导的基础上，建立具体一个微悬臂梁模型，计算沉积层厚度与弹性常数之间的关系，讨论了微悬臂梁几何尺度对弹性常数的影响，特别指出了当沉积层厚度超过一定范围时，其本身受到的重力对系统的影响就越来越大，，提出了一种建模方面的参考方法。 最后，初步分析计算多层复合微悬臂梁结构材料内部的应力状态，以及多层微悬臂梁的谐振特性；重点考虑在冲击载荷作用下的动态响应问题。 通过有限元的分析可知，MEMS器件内部的多层微悬臂梁结构尺寸和性能参数对微构件的应力、应变和固有频率产生了一定的影响，研究结果对MEMS器件微构件的设计和机械性能的改善具有一定的参考意义。
【关键词】：MEMS 多层微悬臂梁 有限元
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH-39
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 研究背景和意义8
• 1.2 微悬臂梁概述8-10
• 1.2.1 微悬臂梁的结构特性8-9
• 1.2.2 微悬臂梁的国内外研究现状9-10
• 1.3 微悬臂梁的工作模式10-11
• 1.3.1 弯曲模式10-11
• 1.3.2 谐振模式11
• 1.4 本课题研究的主要内容11-13
• 2 微悬臂梁弹性常数的理论分析13-22
• 2.1 单层材料微悬臂梁弹性模型以及弹性常数的计算13-16
• 2.2 多层材料微悬臂梁的弹性模型以及弹性常数的计算16-21
• 2.3 本章小结21-22
• 3 多层复合微悬臂梁结构的有限元分析22-38
• 3.1 有限元分析理论22-23
• 3.2 基于 ANSYS 软件的多层复合微悬臂梁结构的有限元分析23-28
• 3.3 多层复合微悬臂梁的弹性常数与其几何参数的关系28-37
• 3.3.1 沉积层厚度变化对不同长度微悬臂频率和梁弹性常数的影响31-34
• 3.3.2 沉积层厚度变化对不同宽度微悬臂频率和梁弹性常数的影响34-35
• 3.3.3 沉积层厚度变化对不同基底厚度的微悬臂频率和梁弹性常数的影响35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 多层材料微悬臂梁动态响应分析38-54
• 4.1 动力环境分析：阻尼38-40
• 4.2 多层微悬臂梁简谐振动分析40-46
• 4.2.1 在简谐激励下的响应40-41
• 4.2.2 基于有限元法多层微悬臂梁简谐振动模拟41-46
• 4.3 多层微悬臂梁冲击载荷作用下的响应分析46-52
• 4.3.1 在冲击载荷下的理论计算46-48
• 4.3.2 基于有限元法的多层微悬臂梁冲击载荷分析48-52
• 4.4 本章小结52-54
• 5 总结与展望54-57
• 参考文献57-59
• 攻读硕士学位期间正式发表的学术论文59-60
• 附录 A60-64
• 致谢64

【参考文献】

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本文编号：371602