穿孔扭转微机械谐振器件的挤压膜阻尼机理与模型

发布时间：2017-12-15 02:24

  本文关键词：穿孔扭转微机械谐振器件的挤压膜阻尼机理与模型

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【摘要】：随着MEMS技术的逐渐发展,MEMS谐振器件以其优良的机械性能而被广泛的应用。和宏观机械不同,由于MEMS谐振器的尺寸很小,在工作过程中会比较明显的受到周围空气的影响,特别是当振动极板在距离基板很近的位置振动时,间隙中的气体薄膜会对器件产生较强的阻尼效应,即挤压膜阻尼效应。挤压膜阻尼作为气体阻尼的一种,是MEMS谐振器件工作过程中主要的能量耗散机制之一,它对衡量MEMS谐振器件动力学特性的关键指标-品质因数有着重要的影响。因此,如何准确地预测气体的挤压膜阻尼成为设计高品质因数的微谐振器件的关键。对于工作在常压下器件的挤压膜阻尼,通常是利用连续介质理论,通过建立和求解间隙气体的雷诺方程来得到相应的挤压膜阻尼模型。针对这类器件,前人做了大量的研究,但通过阅读总结相关文献可以发现,前人的研究主要集中在做挤压振动的微谐振器件,关于做扭转振动的微板谐振器件的研究很少,对于穿孔扭转谐振器件挤压膜阻尼的研究更是处于空白,而随着MEMS器件的逐渐推广,穿孔扭转器件的应用越来越广泛。本文在前人的研究基础上,首先利用Pandey等人提出的修正雷诺方程建立了穿孔扭转器件挤压膜气体的控制方程,通过求解雷诺方程得到了两种典型结构的穿孔扭转矩形板谐振器件挤压膜阻尼的解析模型,随后又利用ANSYS分析软件对两种结构的谐振器件挤压膜阻尼进行了数值仿真与计算,通过对比理论模型与数值模型结果,验证了理论模型的有效性与准确性,同时对比讨论了穿孔比、振动频率、器件板厚和气体薄膜厚度对挤压膜阻尼的影响。从而为穿孔扭转谐振器件的优化设计提供了一个理论依据与指引。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH703;TH-39

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本文编号：1290281