一類MEMS諧振器非線性動力學研究.pdf

1、微機械電子系統(tǒng)是人類進入21世紀以來，科學技術的重要的發(fā)展方向。微機械諧振器作為微機械電子系統(tǒng)中的核心部件，了解各設計參數(shù)對其振動性能的影響成為微機械電子系統(tǒng)研究的關鍵。本文針對微機械諧振器若干非線性動力學問題，對其壓模阻尼特性、非線性靜電驅動特性、非線性振動特性等方面進行了研究和探索。
　　首先，研究了MEMS諧振器的能量耗散機制，給出了各耗散機制與MEMS諧振器質量因子的數(shù)學關系式。應用雷諾方程，給出了不同工況下，微機械諧振器

2、壓模阻尼力的計算公式，并指出了各計算公式的適用范圍。
　　然后，研究了雙端固支梁 MEMS諧振器系統(tǒng)非線性動力學特性，改進了MEMS諧振器系統(tǒng)的動力學模型。應用多尺度法對MEMS諧振器進行攝動分析，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計參數(shù)對微系統(tǒng)線性共振頻率和受迫振動幅頻響應特性的影響。分析了當微機械諧振器處于小位移高頻振動時，立方非線性靜電剛度對微機械諧振器振動特性方面的影響。
　　最后，

3、通過對 MEMS諧振器阻尼特性和非線性動力學特性的分析，應用Mathematics軟件和ANSYS有限元軟件對MEMS諧振器系統(tǒng)進行數(shù)值仿真。應用ANSYS對三種梁式微機械諧振器進行了模態(tài)分析，并將模態(tài)分析的結果進行對比。同時用Mathematics分析了MEMS諧振器的固有頻率和幅頻響應特性，并與理論分析結果進行對比。
　　結果表明：環(huán)境壓力的增加會使微機械諧振器的共振頻率增加，穩(wěn)態(tài)振動的幅值明顯減小。直流偏置電壓具有軟化效應，