一類MEMS諧振器非線性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、微機(jī)械電子系統(tǒng)是人類進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的重要的發(fā)展方向。微機(jī)械諧振器作為微機(jī)械電子系統(tǒng)中的核心部件，了解各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其振動(dòng)性能的影響成為微機(jī)械電子系統(tǒng)研究的關(guān)鍵。本文針對(duì)微機(jī)械諧振器若干非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，對(duì)其壓模阻尼特性、非線性靜電驅(qū)動(dòng)特性、非線性振動(dòng)特性等方面進(jìn)行了研究和探索。
　　首先，研究了MEMS諧振器的能量耗散機(jī)制，給出了各耗散機(jī)制與MEMS諧振器質(zhì)量因子的數(shù)學(xué)關(guān)系式。應(yīng)用雷諾方程，給出了不同工況下，微機(jī)械諧振器

2、壓模阻尼力的計(jì)算公式，并指出了各計(jì)算公式的適用范圍。
　　然后，研究了雙端固支梁 MEMS諧振器系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)特性，改進(jìn)了MEMS諧振器系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。應(yīng)用多尺度法對(duì)MEMS諧振器進(jìn)行攝動(dòng)分析，分析了環(huán)境壓力、直流偏置電壓、交流電壓幅值以及立方非線性靜電剛度等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)微系統(tǒng)線性共振頻率和受迫振動(dòng)幅頻響應(yīng)特性的影響。分析了當(dāng)微機(jī)械諧振器處于小位移高頻振動(dòng)時(shí)，立方非線性靜電剛度對(duì)微機(jī)械諧振器振動(dòng)特性方面的影響。
　　最后，

3、通過(guò)對(duì) MEMS諧振器阻尼特性和非線性動(dòng)力學(xué)特性的分析，應(yīng)用Mathematics軟件和ANSYS有限元軟件對(duì)MEMS諧振器系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)值仿真。應(yīng)用ANSYS對(duì)三種梁式微機(jī)械諧振器進(jìn)行了模態(tài)分析，并將模態(tài)分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)用Mathematics分析了MEMS諧振器的固有頻率和幅頻響應(yīng)特性，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　結(jié)果表明：環(huán)境壓力的增加會(huì)使微機(jī)械諧振器的共振頻率增加，穩(wěn)態(tài)振動(dòng)的幅值明顯減小。直流偏置電壓具有軟化效應(yīng)，