微驱动器机电耦合动力学

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微驱动器是微电子机械系统的重要组成部分,随着电子系统的小型化和功能的集成化,微驱动器有着巨大的应用前景,其研究也是受到了人们的重视。在研究的过程中发现微驱动器存在许多非线性因素,有着复杂的动力学现象。研究其动力学规律具有重要的指导意义。  分别以圆形极板和环形极板的机电耦合系统为对象,建立动力学非线性模型。应用非线性振动理论的分析方法,对圆形极板和环形极板的动力学现象进行分析。其动力学方程属于强迫组合共振,有两个不同的外激频率。应用多尺度法研究了2ω1=ω0和ω1=ω0时的参强联合共振、主共振和主参数共振。改变系统的参数会使共振的振幅和共振区间发生变化。增大极板的厚度、极板间距和阻尼系数都可以减小共振振幅和共振区,增大极板的半径和电压幅值可以减小振幅和共振区。圆形极板机电耦合系统2ω1=ω0时的主共振应用了 MLP和多尺度两种方法进行求解,发现两种方法得到的幅频响应方程有微小的差别,主要由时间尺度的不一致而导致的。  以磁电式仪表(电流计)为例,考虑螺旋弹簧的非线性特性,求出系统的动能、势能、磁能、记入耗散做功和非保守广义力的影响,应用 Lagrange-Maxwell方程建立磁电式仪表(电流计)的动力学模型,其形式是三阶的非线性方程。在不考虑螺旋弹簧非线性因素时,求得了系统的稳态解。在考虑螺旋弹簧非线性因素的情况下,将平均法应用到三阶的非线性方程中,求得了系统产生混沌时需要满足的参数条件,仿真结果和解析的预测结果相吻合。利用多尺度法和摄动法结合求出了系统的零次近似解和一次渐近解。发现近似解振幅随时间衰减,粘性摩擦阻尼越小和线圈的转动惯量越大衰减的速度越慢。
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