MEMS微结构动力学性能研究

论文摘要

随着人类社会和科学技术的不断进步,人们对于机械系统的要求也越来越高,般的机械系统已经无法满足人类的需求。这就要求机械系统向小型化微型化方向发展。微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)以其自身的体积小、重量轻、功耗低、速度快、灵敏度高等优点受到世界各国的青睐,被迅速而广泛地应用于航空航天、军事、生物医学、信息、自动控制等领域。但是微电子机械系统却并没有如当初想象般地快速发展。由微结构特殊的结构特征而引起的系统可靠性和稳定性问题成为制约它迅速发展的一个“瓶颈”,因此对微结构动力学特性的研究显的尤为迫切和重要。当材料的本征长度与结构尺寸很接近时,金属材料的力学性能呈现出很强的尺寸效应并且空气阻力的作用也变得无法忽视,所以尺寸效应和空气阻尼已经成为了对微电子机械系统动力学特性产生巨大影响的因素。经典的连续介质理论已经无法解释这些现象。由于经典弹性力学和动力学理论的局限性,无法解决微结构系统动力学的问题,所以系统部件的动力学特性研究将成为本文的重点。本文基于在经典弹性理论和牛顿理论,引入应变梯度理论,并在考虑空气阻力作用的情况下,对微梁弯曲,微梁扭转和微薄板弯曲进行分析,研究其动力学中的尺度效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 注释表
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 MEMS系统的结构、特点及其应用
• 1.2.1 MEMS系统的结构
• 1.2.2 MEMS系统的特点
• 1.2.3 MEMS系统的应用
• 1.3 MEMS系统的力学性能研究现状
• 1.3.1 MEMS系统的力学性能特点
• 1.3.2 MEMS中的尺度效应简介
• 1.3.3 MEMS的尺度效应的研究背景
• 1.3.4 应变梯度理论的形成和发展
• 1.4 MEMS系统的力学性能研究的意义
• 1.5 本文的内容安排
• 2 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂梁横向振动动力学模型及解算
• 2.1 对于空气阻力介绍与探讨
• 2.2 应变梯度理论
• 2.3 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂梁横向振动动力学模型建立
• 2.4 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂梁横向振动的解算.
• 2.4.1 动力学方程主振型函数求解
• 2.4.2 动力学方程的模态法求解
• 2.5 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂梁横向振动特性分析
• 2.6 本章小结
• 3 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂杆扭转振动动力学模型及解算
• 3.1 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂杆扭转振动动力学模型的建立
• 3.2 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂杆效应扭转振动的解算
• 3.3 考虑空气阻力和尺度效应的圆截面细微悬臂杆扭动振动特性的分析
• 3.4 本章小结
• 4 考虑空气阻力和尺度效应的平面悬臂微薄板弯曲振动动力学模型及解算
• 4.1 考虑空气阻力和尺度效应的平面悬臂微薄板弯曲振动动力学模型的建立
• 4.2 考虑空气阻力和尺度效应的平面悬臂微薄板弯曲振动的解算
• 4.3 考虑空气阻力和尺度效应的平面悬臂微薄板弯曲振动特性的分析
• 4.4 本章小结
• 5 数值模拟分析
• 5.1 数值的模拟
• 5.2 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献