扭转式MEMS谐振器件扭转-弯曲耦合热弹性阻尼模型

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoshuanshuan521521
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微机械谐振器件是MEMS(微机电系统)的典型器件,广泛应用于超快响应和超高灵敏度的执行器和传感器。为获得高性能的谐振器件,需要设计和构造低能量耗散(高品质因数)的系统。然而,系统总的能量耗散是由多种耗散机理导致的。其中,气体阻尼,支承阻尼和热弹性阻尼(TED)是微谐振器件中比较常见的能量耗散机理。支承阻尼可以通过恰当的设计振动结构和装备机理来减至最低;气体阻尼可以通过真空封装来消除;而热弹性阻尼是系统本征的、最基本的能量耗散机理,不能通过改进设计和制造方法完全消除。最近这些年,在高品质因数MEMS谐振器件的设计和制造中,热弹性阻尼的重要性不断增加,相关研究也越来越重要。  本文以高品质因数扭转式微谐振器件为研究对象,建立了扭转-弯曲耦合的热弹性阻尼解析模型。首先建立了MEMS扭转谐振器件扭转-弯曲耦合的热弹性阻尼解析模型。过去,很少有研究文献涉及扭转式微谐振器的热弹性阻尼解析模型。因为一般都假设扭转式微谐振器在工作时其支承梁运行在纯扭转模态,所以支承梁并没有局部的体积变化,也就没有热弹性能量耗散。然而,当激励为非纯扭转力时,扭转谐振器件通常存在耦合的扭转和弯曲振动。耦合振动中的弯曲分量会引起支承梁的弯曲振动,并导致较大的热弹性阻尼耗散。本论文考虑了扭转-弯曲耦合的影响,提出了扭转微谐振器件中热弹性阻尼的解析模型。该理论假设能量耗散只发生在弯曲振动的支承梁上,推导出了耦合的扭转微谐振器件动力学模型,并给出了热弹性阻尼的近似值。本论文模型与实验结果比较,发现在室温、高阶模态下,热弹性阻尼对内部耗散的贡献相当大。通过与有限元方法(FEM)的计算结果比较,证实本文模型的有效性。最后,以典型扭转微谐振器件为例,研究了结构尺寸和其他参数对热弹性阻尼的影响。其次,针对微机械谐振器件,提出一种基于熵产理论的热弹性阻尼解析模型。熵产为测量不可逆热传导的热力学参数。熵产方程推导出的解析结果可以比较精确的估算弯曲振动的谐振器件的热弹性阻尼值。这种热弹性阻尼的求解方法适用于梁、环,以及平板微谐振器件。理论推导结果显示,弯曲振动的梁和in-plane模态振动的圆环有相同的热弹性阻尼解析表达式,而横向振动的完全固支/简支平板与梁的解析表达式近似,但由于应力、应变场不同,导致平板与梁的表达式存在一定的差异。通过与Zener模型和LR模型比较,证实了本文解析模型的有效性。因为熵产与热弹性阻尼相关,所以讨论了微梁谐振器件结构尺寸对熵产的影响。本论文解析模型计算结果与数值模型计算结果以及实验结果相比较,发现拟合度很好。
其他文献
该文首先对金属薄板成形理论进行了综述.论述了金属薄板成形理论研究中涉及的几何非线性、材料非线性问题,论述了弹塑性大变形有限元理论、有限单元形式和求解格式等主要问题
该文采用负荷门限法对原功率因数控制算法进行改进,提出的改进型功率因数控制算法,有效地解诀了原算法的因用电负荷远低于额定额定负荷情况卜,出现的输出量振荡问题.但由于算
本研究中的项目是让学生制作反应时测量仪.在项目中学生把测量人的反应快慢转化为测量物体下落的时间,由实际生活问题转化为物理模型,以此促进学生对自由落体运动的理解,发展
该文首先在分析了专家系统的组成特点和神经网络的工作原理基础上,提出了建立神经网络专家系统进行烧结工艺参数优化的总体方案;剖析了系统中实现推理机和知识库统一的BP网络
反求工程是将汽车模型等实物模型数字化的重要方法。通过反求工程建立汽车车身的数学模型,可方便地应用于车身设计,车身刚度分析,车身覆盖件模具制造等方面。为了获得光顺、精确
计量是指使用工具和理论基础来确保一致的度量和计算方法的可行性的测量.随着人类的进步和科学技术的发展,创造了一种类似于电学计量的精确测量方法.电学计量在验证和计量过
带剩余电流保护断路器在低压配电系统中,用于保护人身安全和防止电气火灾。带剩余电流保护断路器的可靠性至关重要,对其进行可靠性研究具有良好的社会价值和经济价值。  本文
随着技术发展和生存需要,制造业将虚拟样机技术视为提升竞争力的手段之一,无疑建立产品的数字模型是实施此技术的基础。将来自市场信息、实物样件和工程图纸等的不同数据统一起来,建立产品的三维数字模型称为对产品的三维表达。本文围绕对产品进行三维表达这一问题展开,研究了不同数据源下进行三维表达技术的理论和方法。通过分析虚拟样机技术的内涵和意义,引入主模型思想,提出三维表达在此技术中的地位和作用。总结了Bézi
该文着重讨论了全自动水循环利用装置的设计与实现.介绍了单片机的发展及应用状况,论述了过滤材料,并重点论述了滤布及使用滤布的过滤设备,通过分析比较和试验,选用了过滤器
目的:分析心理护理在CT增强检查中的应用效果.方法:选取2018年10月至2019年10月期间于本院进行CT增强检查的80例患者,以是否为患者采取心理护理为分组依据,将其分为采取心理