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《燕山大学》 2011年
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微板多物理场耦合非线性动力学研究

孙丽波  
【摘要】:静电驱动是微机电产品中广泛使用的驱动方式,微板是MEMS产品设计中一种典型的结构元件。静电驱动MEMS器件在工作中存在静电场力与微构件机械振动之间的机电耦合及机电流体耦合等非线性特征。目前,相关的计算方法和设计理论尚不能满足实际的工程应用需求,已经成为MEMS产品研发和产业化的制约瓶颈。本文以非线性动力学、静电场理论、弹性力学、流体力学等理论为基础,深入研究静电驱动典型微结构——微板的非线性多物理场耦合动力学问题。 本文基于弹性薄板横向小挠度振动理论和静电场理论,建立了微板机电耦合动力学模型,推导了静电驱动微板静态及动态电场力解析公式。应用弹性力学理论,建立了机电耦合微板横向振动基本微分方程。在线性分析的基础上,考虑电致作用力的非线性特征,推导了非线性静电场力解析公式,建立了用于描述弱非线性微板机电耦合系统的非线性动力学微分方程;应用摄动法,得到了自由振动、接近共振及远离共振的受迫振动满足精度要求的振动周期解及幅频响应关系。以微板机电耦合系统非线性动力学理论为基础,建立了同时考虑非线性流体压膜阻尼效应和非线性静电场力的微板多物理场耦合非线性系统动力学模型。基于二维雷诺方程,推导了平行微板内部压膜阻尼系数及修正阻尼系数近似解析公式,建立了有阻尼的非线性动力学微分方程,应用KBM法,得到了多物理场耦合微板非线性系统的频率特性、位移响应、幅频响应及静电场、压力场动态响应特性。以MEMS结构设计中三种典型边界条件机电耦合及多物理场耦合微板系统为研究对象,合理优化系统参数,从频率特性、时域动态响应特性、位移时间历程、幅频响应、电场及压力场动态响应等方面进行了数值仿真计算,对系统结构参数、电参数及环境参数等非线性因素的扰动所产生的动力学问题进行了分析,为优化系统结构参数,提高系统抗干扰能力和可靠性提供了理论基础。 基于微小电容检测原理,设计了静电驱动微板动力学测试系统,研制了微动实验平台,实现了微板高频振动中共振频率的检测,证明了理论分析的正确性。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TH703

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙振新,黄庆安,李伟华;力电耦合MEMS器件非线性行为的模拟[J];微纳电子技术;2003年Z1期
2 宋震煜;于虹;;纳米梁非线性振动的动力学分析[J];微纳电子技术;2006年03期
3 张颖;王蔚;田丽;刘晓为;李玲;;微流动的尺寸效应[J];微纳电子技术;2008年01期
4 姜明健,罗晓惠,刘伟力;水在微尺度槽道中单相流动和换热研究[J];北京联合大学学报;1998年01期
5 高嵘;王小静;张效翔;王敏;于茂华;谢明春;;计入空气阻尼的MEMS微谐振器非线性动力学研究[J];传感技术学报;2006年05期
6 陈卫;杨忠;夏玉亮;樊琼剑;;MEMS加速度传感器在微型特种机器人中的应用[J];传感器与微系统;2009年07期
7 朱武,张佳民,熊斌,车录锋,王跃林;微小差分电容检测技术的研究[J];测试技术学报;2004年03期
8 高行山,赵亚溥,吕胜利,邓子辰;微机电系统多场耦合仿真分析[J];动力学与控制学报;2004年01期
9 陈勇华;;微机电系统在电子信息领域的应用[J];电子工程师;2008年11期
10 黄大革;张根烜;;微尺度流动模型研究[J];电子机械工程;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 余寿文;;复杂微力—电系统的细观结构力学与破坏力学(提纲)[A];第三届全国结构工程学术会议论文集(上)[C];1994年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王卫东;面向MEMS设计的微流体流动特性研究[D];西安电子科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 贾晓丽;微梁机电耦合动力学[D];燕山大学;2007年
2 吴振彤;微板机电耦合动力学研究[D];燕山大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 向天宇,郑建军;单向变厚度连续薄板的稳定计算[J];四川建筑科学研究;1999年03期
2 王赞芝;胡如成;张鹏;吴辉琴;邓宇;叶雁冰;黄世斌;陈劲飙;;多跨连续梁弯曲自由振动的波动解法[J];四川建筑科学研究;2010年02期
3 袁玉全;彭建设;向必纯;包兴明;;矩形薄板瞬态动力响应的DQ空-时半解析法研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年01期
4 张恒;高曼侠;许兆棠;李文谦;王琪;;非线性建模红外光谱法测定三聚氰胺的研究[J];安徽农业科学;2011年01期
5 陈立安,王其申;计及弹簧质量的弹簧—质点振动系统固有模态的探讨[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2002年04期
6 章礼华,徐英勋;振动法测材料的杨氏模量[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2003年02期
7 曾喜娟;庄其仁;;光纤光栅传感器锁定放大电路的设计[J];鞍山师范学院学报;2010年06期
8 康文秀;弹簧质量对振子运动的影响[J];保定师范专科学校学报;2004年02期
9 杨道虹,董典红,徐晨,张剑铭,阳启明,沈光地;激光在MEMS键合技术中的应用[J];半导体光电;2004年02期
10 孙晓峰,王海燕,卢景霄,李维强;大面积多晶硅绒面的制备[J];半导体光电;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 温纪云;申苗;唐驾时;;某型航空发动机双转子系统的动力学响应[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 谢永;蔡国平;刘松;;基于输入和输出数据的柔性板的时域空间建模与主动控制研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 张海军;杨琴;;微气体轴承-转子系统动力特性研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
4 张凯;刘占芳;;离心场中悬臂梁的动频和椭圆运动性质[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
5 郭树起;杨绍普;;非均质变截面杆的自由振动[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
6 方俊伟;康毅力;游利军;李相臣;;致密砂岩气藏多尺度传质行为研究进展[A];渗流力学与工程的创新与实践——第十一届全国渗流力学学术大会论文集[C];2011年
7 崔海航;刘顺东;沈萍;张鸿雁;常志英;;基于介电电泳微流控芯片的微细颗粒物分离研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
8 张恩佳;周佳亮;;流固耦合技术在水轮机蝶阀活门动态特性分析中的应用[A];抽水蓄能电站工程建设文集2011[C];2011年
9 秦晓丽;赵新;车秀阁;方勇纯;;超微量定量显微注射建模与自适应控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
10 钱明;牛丽丽;宋瑞波;陈丽平;郑海荣;;微尺度流场的高频超声测速研究[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
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1 苏成志;瞄准具传光能力评价及测试方法的研究[D];长春理工大学;2010年
2 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 姜恒;多尺度结构功能材料在水下声隐身中的应用基础研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 谭海涛;受水下爆炸载荷作用的船体结构可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 罗清林;抗强振动干扰数字涡街流量计信号处理方法研究与低功耗实现[D];合肥工业大学;2010年
7 王海兰;乔木体水分的测试技术及其监测系统的研究[D];北京林业大学;2011年
8 张田田;微通道内气体流动换热的理论与实验研究[D];北京交通大学;2011年
9 胡天喜;立式同轴离心磨机磨矿理论与试验研究[D];昆明理工大学;2008年
10 胡亮;基于边界法向磁通密度逐点测量的无旋磁场重构方法及其应用[D];浙江大学;2010年
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1 张志华;弧形直线电机伸缩门及其控制研究[D];河南理工大学;2010年
2 陈攀;水分对构造煤瓦斯解吸规律影响的实验研究[D];河南理工大学;2010年
3 彭学文;双层钢管瞬变电磁检测技术研究[D];南昌航空大学;2010年
4 张传晖;煤矿架空乘人装置的系统研究[D];山东科技大学;2010年
5 徐国栋;智能压力变送器的研究[D];山东科技大学;2010年
6 丁雷;白鼠脑电信号远控采集处理系统的设计与研究[D];山东科技大学;2010年
7 姜波;挠性驱动盘疲劳试验台的研制[D];长春理工大学;2010年
8 钮庆良;时间分辨光谱技术在免疫分析中的应用[D];长春理工大学;2010年
9 葛松林;基于CAN总线的纺织小张力智能传感器的研究[D];浙江理工大学;2010年
10 韩亚丽;图像精密测量算法研究[D];郑州大学;2010年
【二级参考文献】
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1 张威,张大成,王阳元;MEMS概况及发展趋势[J];微纳电子技术;2002年01期
2 王海,褚家如,赵钢;扫描探针加工技术的新进展及扫描等离子体加工技术的研究[J];微纳电子技术;2003年Z1期
3 孔祥东,张玉林,宋会英,卢文娟;微机电系统的微细加工技术[J];微纳电子技术;2004年11期
4 杨静,高建忠,赵玉龙,蒋庄德;一种MEMS热微执行器的设计与制作[J];微纳电子技术;2005年04期
5 王卫东,贾建援,李萌萌;一种微通道换热器的设计与分析(英文)[J];微纳电子技术;2005年05期
6 沙菁;侯丽雅;章维一;朱丽;;微流体系统驱动技术的研究进展[J];微纳电子技术;2006年12期
7 李栓庆;下世纪初微电子机械系统的发展[J];半导体情报;1997年02期
8 陈宏,鲍敏杭;硅微结构加速度传感器空气阻尼的研究[J];半导体学报;1995年12期
9 潘洋宇,李迎,王拴虎;微型机械技术和应用前景[J];兵工自动化;2003年05期
10 郭航,黄峰,赵然,张越,丁良士;制冷剂在微流道内单相流动的阻力与换热特性[J];北京工业大学学报;1999年03期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 朱恂;速度滑移及温度跳跃区微尺度通道内的流动与换热[D];重庆大学;2002年
2 董林玺;微机械电容式传感器及其相关特性研究[D];浙江大学;2004年
3 王洪喜;微结构的静电驱动特性研究[D];西安电子科技大学;2006年
4 杜东兴;可压缩性及粗糙度对微细管内流动及换热特性的影响[D];清华大学;2000年
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1 范勇;压电致动式微泵的驱动装置结构分析与设计[D];西安电子科技大学;2001年
2 陈坚美;微型机电系统端点特性建模技术研究[D];浙江大学;2004年
3 史宁;基于ZigBee技术的无线传感器网络平台的研究与实现[D];吉林大学;2007年
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1 陈予恕;现代工程非线性动力学的现状与展望[J];力学与实践;1995年06期
2 严世榕,闻邦椿;振动压路机的一种非线性动力学仿真[J];建筑机械;1999年02期
3 龙辉,秦四清,朱世平,万志清;滑坡演化的非线性动力学与突变分析[J];工程地质学报;2001年03期
4 申永军,杨绍普,潘存治,邢海军;参外联合激励下直齿轮副的非线性动力学[J];北京交通大学学报;2005年01期
5 李杰,熊烈强,彭少民;路段交通子系统的非线性演化动力学方程[J];华中科技大学学报(城市科学版);2005年03期
6 卢剑伟;沈博;钱立军;;基于齿轮非线性动力学的变速器异响分析[J];汽车工程;2007年06期
7 白晓辉;白鸿柏;郝慧荣;刘远方;;正负刚度并联机构动力学分析及隔振仿真[J];机械工程师;2009年11期
8 童勤业 ,王一幸 ,郑璐旦;心脏细胞的双通道非线性动力学模型[J];浙江大学学报(工学版);1988年03期
9 秦四清,张倬元,王士天,黄润秋,仵彦卿;地下水动态预测的非线性动力学方法[J];工程勘察;1995年02期
10 胡志红,刘亦未,仲崇发,赵国璇,刘秉正;运动条件下心率变异的非线性动力学分析[J];航天医学与医学工程;1998年02期
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1 孙琪;徐鉴;;浅谈非线性动力学的发展史[A];第三届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2007年
2 张小军;李晓阳;张松;;脉搏波在动脉内传播的非线性动力学模型[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
3 于广滨;温建民;李瑰贤;曹雪;;求解齿轮系统动力学微分方程的GEAR法[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
4 蒋景英;吴芝芳;郑旭媛;张纬;;基于混沌理论的心率变异性的研究[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
5 孙俊峰;王新龙;;基于非线性动力学的子空间语音增强[A];2004年全国物理声学会议论文集[C];2004年
6 杨靖波;;含间隙轴向运动悬臂梁非线性动力学的研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
7 陈丽华;张伟;范金红;;压电层合板的非线性振动与控制[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年
8 陈予恕;田家玉;金崇武;;大型火电机组及设备非线性动力字应用技术研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(上册)[C];1999年
9 赵国景;;分叉与混沌—非线性动力学的发展与应用[A];第四届全国结构工程学术会议论文集(上)[C];1995年
10 王养璞;金其淑;;非Debye弛豫的非线性动力学研究[A];内耗与超声衰减——第四次全国固体内耗与超声衰减学术会议论文集[C];1994年
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1 记者 陈建强 通讯员 孙卫军;大型旋转机械非线性动力学研究成果丰硕[N];光明日报;2003年
2 本报记者 刘垠;会员日里讲述别样精彩人生[N];大众科技报;2009年
3 张学晋 杨文;老教授4000余册图书赠家乡[N];山西日报;2009年
4 ;航空工业CAE应用简述[N];中国航空报;2004年
5 郝丽;根治机械振动失稳顽疾[N];科技日报;2009年
6 ;ANSYS在航空工业的应用[N];中国航空报;2002年
7 本报记者 严峻;由“技艺”走向“科学”[N];中国机电日报;2001年
8 ;ANSYS 9.0融合更多功能[N];中国计算机报;2005年
9 ;技术发展呈三大趋势[N];中国电子报;2009年
10 申彦;“辛克莱马达”奇妙推力闹芯片[N];大众科技报;2002年
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1 孙丽波;微板多物理场耦合非线性动力学研究[D];燕山大学;2011年
2 张代波;基于小波多尺度的无网格RF微器件建模研究[D];北京邮电大学;2011年
3 吴宇;煤层中封存二氧化碳的双重孔隙力学效应研究[D];中国矿业大学;2010年
4 林谢昭;静电微器件的模型自由度缩减方法研究[D];浙江大学;2010年
5 王韬;内燃机配气系统的非线性动力学研究[D];天津大学;2004年
6 孙保苍;轴承—转子系统非线性动力学若干问题研究[D];南京航空航天大学;2002年
7 游荣义;脑电信号非线性分析方法的研究[D];厦门大学;2003年
8 李亮;金属阳极溶解过程中的电化学振荡[D];山东大学;2005年
9 吴东宇;脑电非线性动力学分析在认知功能研究中的应用[D];重庆医科大学;2002年
10 李红权;资本市场的非线性动力学特征与风险管理研究[D];湖南大学;2005年
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1 孙晨宇;飞机机翼的流—固—热多物理场耦合计算[D];兰州理工大学;2012年
2 钟慧文;基于流形的电热多物理场耦合数值模拟方法[D];广东工业大学;2012年
3 万志敏;多物理场耦合方法分析三种封装模块可靠性[D];华中科技大学;2011年
4 王立刚;机床切削颤振的非线性振动研究[D];天津大学;2004年
5 刘铸永;基于小波分析数值求解几类非线性动力学问题[D];湖南大学;2004年
6 童珊;视觉信息处理过程中脑电信号的非线性动力学研究[D];四川大学;2005年
7 王书旺;一种基于耦合映象格子模型的非线性信号处理方法[D];汕头大学;2005年
8 钱鋆;水声信号的非线性动力学检测[D];东南大学;2006年
9 李晓利;基于小波神经网络的化工安全评价研究[D];太原理工大学;2007年
10 王坤飞;船舶横摇运动中的混沌及其鲁棒控制[D];大连海事大学;2009年
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