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碳中和视角下的路侧安全监测预警场景中微俘能自发电技术
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作者 寇军平 贺华 +2 位作者 张明 樊康旗 兰军芳 《中国交通信息化》 2024年第S01期358-362,共5页
高速公路路侧安全监测预警场景中进行分布式数据采集与传输所采用的低功耗传感器、电子设备均需电能供应。微俘能自发电技术是一种能够将环境中的微小自然能转换为电能的新型能源获取技术,将环境中的低频机械能、微风能、波浪能等微小能... 高速公路路侧安全监测预警场景中进行分布式数据采集与传输所采用的低功耗传感器、电子设备均需电能供应。微俘能自发电技术是一种能够将环境中的微小自然能转换为电能的新型能源获取技术,将环境中的低频机械能、微风能、波浪能等微小能量,通过设计的能量俘获、转换装置,将其转化为电能,为低功耗电子设备提供持续的电力供应。本文对高速公路微俘能自发电技术的基础理论、工作模式、转换机制和规律进行了分析论证,设计了俘能器样机,并在路侧安全监测预警场景中对微俘能自发电设备进行了应用验证与测试。 展开更多
关键词 碳中和 安全监测预警 微俘能 超低频能量收集 低功耗电子设备电源
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从人体行走中收集能量的鞋上压电俘能器 被引量:15
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作者 樊康旗 刘朝辉 +1 位作者 王连松 余波 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期1272-1280,共9页
设计了一种安装在鞋上的压电俘能器(PEH),用于收集人体行走时产生的能量。该俘能器由4根压电悬臂梁和1个弹簧-质量系统组成。弹簧-质量系统能够感知沿径骨轴的加速度激励,并通过磁耦合驱动压电梁振动从而发电。文中通过拟合实验数据获... 设计了一种安装在鞋上的压电俘能器(PEH),用于收集人体行走时产生的能量。该俘能器由4根压电悬臂梁和1个弹簧-质量系统组成。弹簧-质量系统能够感知沿径骨轴的加速度激励,并通过磁耦合驱动压电梁振动从而发电。文中通过拟合实验数据获得加速度信号表达式;然后,建立仿真模型,对俘能器的发电性能进行了仿真分析。最后,加工了实验样机,并实验测试了俘能器的发电性能。结果表明,当受到沿胫骨方向的激励时,压电梁在一个步态周期内可被弹簧-质量系统激励多次从而产生多个峰值电压;受到沿胫骨和脚面两个方向激励时,压电梁的发电性能比只受到单一方向激励时好。当步行速度为2~8km/h时,每根压电梁的峰值电压可达到10V。该俘能器能够从人体行走的超低频运动中收集能量,并能够同时收集两个方向的加速度能量,提高了压电梁的发电性能。 展开更多
关键词 压电俘能器 压电效应 人体步态 能量收集 升频 双稳态结构
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经典分子动力学模拟的主要技术 被引量:30
3
作者 樊康旗 贾建援 《微纳电子技术》 CAS 2005年第3期133-138,共6页
综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了... 综述了分子动力学模拟的基本原理、发展过程及主要应用,介绍了原子间势函数的发展及势参数的确定,给出了分子动力学模拟中相关的有限差分算法、初始条件及边界条件的选取、平衡态系综及其调控、感兴趣量的提取及主要过程。最后还指出了分子动力学模拟方法本身进一步的研究方向。 展开更多
关键词 分子动力学 原子间作用势 有限差分算法 分子动力学系综
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AFM针尖“突跳”研究 被引量:3
4
作者 樊康旗 贾建援 王卫东 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期339-343,共5页
为了研究原子力显微镜(AFM)“突跳”现象的产生机理,基于经典弹性理论和Lennard-Jones势能定律建立了AFM针尖与样品纳米接触的弹性模型。给出了在AFM针尖逐渐趋近样品表面的过程中,AFM针尖与样品间的粘着力、样品表面的轮廓曲线和样品... 为了研究原子力显微镜(AFM)“突跳”现象的产生机理,基于经典弹性理论和Lennard-Jones势能定律建立了AFM针尖与样品纳米接触的弹性模型。给出了在AFM针尖逐渐趋近样品表面的过程中,AFM针尖与样品间的粘着力、样品表面的轮廓曲线和样品表面的变形量随AFM针尖与样品表面间距的变化规律。分析了AFM“突跳”现象的产生机理和影响因素。研究表明,AFM“突跳”现象主要是由样品表面在粘着引力的作用下产生拉伸变形并与AFM针尖“突跳”接触引起的。 展开更多
关键词 原子力显微镜 “突跳” 粘着 纳米接触模型
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微机械黏着接触问题的建模和分析 被引量:5
5
作者 樊康旗 贾建援 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第11期1280-1284,共5页
为研究微机械系统中的黏着、接触和变形等微观现象,基于经典弹性理论和Lennard-Jones势能定律建立了弹性球-球黏着接触模型,得到了黏着力、球面变形量及接触半径随两球体间距的变化规律.结果表明:在黏着引力的作用下,两球体在尚未接触... 为研究微机械系统中的黏着、接触和变形等微观现象,基于经典弹性理论和Lennard-Jones势能定律建立了弹性球-球黏着接触模型,得到了黏着力、球面变形量及接触半径随两球体间距的变化规律.结果表明:在黏着引力的作用下,两球体在尚未接触时已产生明显的拉伸变形,导致两球体在1.5倍的原子间距时开始接触;当两球体接触后,球面轮廓和黏着力在接触区内外之间光滑过渡,不存在明显的接触区临界值.通过分析黏着力随间距的变化规律,得出了只有当两球体间距大于5倍的原子间距时,刚性黏着模型才能比较准确地得出两球体间黏着力的结论,为微机械黏着接触问题、纳米摩擦学和原子力显微镜的动态扫描等研究提供了理论根据. 展开更多
关键词 微机械系统 黏着 接触 Lennard-Jones势能
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空间等离子体鞘层的时域特性研究 被引量:2
6
作者 樊康旗 李小江 +1 位作者 贾建援 刘小院 《电子科技》 2010年第11期119-122,共4页
空间等离子体环境,是计算机及各类电子设备所面临的新型恶劣环境。通过将设备表面简化为平面,给出了一维粒子层模型。根据静电场理论给出了描述鞘层电位的Poisson方程、等离子体理论和Boltzmann方程,给出了粒子数密度守恒方程。通过牛... 空间等离子体环境,是计算机及各类电子设备所面临的新型恶劣环境。通过将设备表面简化为平面,给出了一维粒子层模型。根据静电场理论给出了描述鞘层电位的Poisson方程、等离子体理论和Boltzmann方程,给出了粒子数密度守恒方程。通过牛顿运动定律建立了等离子体的动量方程。基于Poisson方程、粒子数密度守恒方程和等离子体动量方程建立了等离子体鞘层动力学模型。该模型可以给出航天器表面附近等离子体鞘层形成过程的时域特性,如电荷通量、充电电位随时间的变化规律,为电子设备抗空间等离子体防护技术的研究提供理论基础。 展开更多
关键词 空间等离子体 等离子体鞘层 充放电效应 恶劣环境
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基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型 被引量:1
7
作者 樊康旗 贾建援 +1 位作者 朱应敏 陈光焱 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期606-610,共5页
为研究微纳米系统中的黏着接触问题,基于Hamaker假设和Lennard-Jones的势能定律,通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力,同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型.该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变... 为研究微纳米系统中的黏着接触问题,基于Hamaker假设和Lennard-Jones的势能定律,通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力,同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型.该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律,当球体半径较大时,所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致,随着球体半径的逐渐减小,2种模型的差异逐渐增大,这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的.因此,当球体的半径趋近纳米级时,基于Hamaker假设的黏着接触模型消除了Derjaguin近似所带来的误差,可以更加准确地给出黏着力和平面变形量随间距的变化规律. 展开更多
关键词 黏着接触 弹性模型 Hamaker假设 微纳米系统
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微机械弹性纳米接触问题的建模与计算 被引量:1
8
作者 樊康旗 贾建援 王卫东 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第1期96-100,共5页
针对Bradley方程和刚性纳米接触模型在处理微机械纳米接触问题中的不足,基于Lennard-Jones势能定律将组成两接触球体的原子之间的粘着力等效为两球体表面所受的分布作用力,并根据经典弹性理论建立了一种新型的两球体弹性纳米接触模型.... 针对Bradley方程和刚性纳米接触模型在处理微机械纳米接触问题中的不足,基于Lennard-Jones势能定律将组成两接触球体的原子之间的粘着力等效为两球体表面所受的分布作用力,并根据经典弹性理论建立了一种新型的两球体弹性纳米接触模型.该模型可以同时得到两球面轮廓随间距的变形过程及两球体间的粘着力和表面变形量随间距的变化规律,并且与现有的由原子力显微镜扫描实验所得到的结论相一致. 展开更多
关键词 微机械系统 粘着 纳米接触 纳米摩擦
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轻敲模式下原子力显微镜的能量耗散机理研究 被引量:1
9
作者 樊康旗 贾建援 朱应敏 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期947-952,共6页
为研究原子力显微镜(AFM)在轻敲工作模式下的能量耗散机理,基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律得到了原子与球体间的作用力.通过将球体与平面原子间的作用力等效为球体与平面间的粘着分布力,并结合经典弹性理论建立了一种新型的球... 为研究原子力显微镜(AFM)在轻敲工作模式下的能量耗散机理,基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律得到了原子与球体间的作用力.通过将球体与平面原子间的作用力等效为球体与平面间的粘着分布力,并结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面粘着接触的弹性模型,根据所建模型得到了AFM针尖与样品表面间的粘着力随其间距的变化规律.仿真结果表明,粘着力随间距的变化曲线在AFM针尖趋近和撤离样品表面,即加载和卸载的两个过程中并不完全相同,产生了粘着滞后现象,而粘着滞后现象的出现表明AFM在轻敲工作模式中将耗散能量,因而,所建模型从理论上证实了AFM在轻敲工作模式下存在能量耗散现象. 展开更多
关键词 原子力显微镜 粘着模型 轻敲模式 能量耗散
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基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型
10
作者 樊康旗 贾建援 +1 位作者 朱应敏 陈光焱 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期290-290,共1页
为研究微纳米系统中的黏着接触问题,基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律,通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力,同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型,该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变... 为研究微纳米系统中的黏着接触问题,基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律,通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力,同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型,该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律,当球体半径较大时,所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致,随着球体半径的逐渐减小,两种模型的差异逐渐增大,这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的,因此,当球体的半径趋近纳米级时,基于Hamaker假设的黏着接触模型可以给出更加准确的结果。 展开更多
关键词 Hamaker假设 弹性模型 黏着 平面轮廓 接触问题 纳米系统 积分方法 理论建立
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球体-平面黏附模型分析
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作者 樊康旗 霍海东 王波 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期106-111,共6页
为确定Bradley黏附模型与Hamaker假设黏附模型之间的关系和差异,运用Hamaker假设和原子间的Lennard-Jones势能推导出了两平面间的相互作用力,通过与平面间的Lennard-Jones势能进行对比分析,得到了原子势参数与平面势参数间的关系式.根... 为确定Bradley黏附模型与Hamaker假设黏附模型之间的关系和差异,运用Hamaker假设和原子间的Lennard-Jones势能推导出了两平面间的相互作用力,通过与平面间的Lennard-Jones势能进行对比分析,得到了原子势参数与平面势参数间的关系式.根据此关系式将Bradley模型转化为由Hamaker常数描述的黏附模型,并根据Hamaker常数的定义式将Bradley模型最终转化为由原子势参数和Hamaker常数描述的黏附模型.理论分析与仿真结果表明,基于Hamaker假设的黏附模型与Bradley黏附模型完全一致,证实了原子势参数与平面势参数间关系式的正确性,为采用连续介质力学方法研究微观离散世界的黏附问题提供了理论基础. 展开更多
关键词 黏附 Bradley模型 Hamaker假设 Lennard-Jones势能
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体心立方晶体用于实现原子级存储的可行性
12
作者 樊康旗 贾建援 朱应敏 《微纳电子技术》 CAS 2005年第5期214-219,共6页
采用Morse型势函数对体心立方(BCC)晶体表面层及近表面层原子的行为进行了分子动力学模拟。模拟结果表明:在体心(次表层)原子操纵前后,BCC晶体的顶角原子位置只有微小变化,其晶格结构基本保持不变且处于稳定平衡状态,即BCC晶体具有两态... 采用Morse型势函数对体心立方(BCC)晶体表面层及近表面层原子的行为进行了分子动力学模拟。模拟结果表明:在体心(次表层)原子操纵前后,BCC晶体的顶角原子位置只有微小变化,其晶格结构基本保持不变且处于稳定平衡状态,即BCC晶体具有两态稳定性,该特性为实现原子级的数据存储提供了可行性。同时,对数据存储时可能出现的多原子双稳态组合问题进行了分子动力学模拟,发现在多原子双稳态组合情况下,晶体的结构在操纵其他体心原子时仍保持稳定。基于以上工作,本文提出了一种实现原子级存储的新方式,该方式只需在两个稳定平衡态间激发用于存储数据的原子,便可以加快存取速度、提高成功率并保证可重复性。 展开更多
关键词 分子动力学模拟 原子级存储 体心立方晶体 原子操纵
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铁原子操纵过程的分子动力学模拟研究
13
作者 樊康旗 贾建援 +1 位作者 朱应敏 王洪喜 《纳米科技》 2005年第3期47-50,共4页
采用经典分子动力学模拟方法,研究了金刚石针尖的原子力显微镜(AFM)在提取和放置铁(Fe)晶体体心原子(次表层)的主要过程。分析了所建模型的局限性,提出了使用扫描隧道显微镜(STM)可以实现原子的双向操纵并采用更加精确的从头计算分子... 采用经典分子动力学模拟方法,研究了金刚石针尖的原子力显微镜(AFM)在提取和放置铁(Fe)晶体体心原子(次表层)的主要过程。分析了所建模型的局限性,提出了使用扫描隧道显微镜(STM)可以实现原子的双向操纵并采用更加精确的从头计算分子动力学方法模拟STM操纵原子的主要机理,同时指出了尚需解决的问题。 展开更多
关键词 分子动力学模拟 原子级存储 扫瞄隧道显微镜 原子力显微镜 原子操纵
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永磁微加速度开关设计与仿真 被引量:4
14
作者 朱应敏 贾建援 +1 位作者 田文超 樊康旗 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期285-289,共5页
基于永磁铁磁力随位移的非线性变化特性,提出了一种新型磁力微加速度开关设计方案.建立了含有永磁力、气膜阻尼力、表面接触力、惯性力的开关系统动力学分析模型,给出了质量块在开关多种工作状态下的运动微分方程.对开关工作过程中质量... 基于永磁铁磁力随位移的非线性变化特性,提出了一种新型磁力微加速度开关设计方案.建立了含有永磁力、气膜阻尼力、表面接触力、惯性力的开关系统动力学分析模型,给出了质量块在开关多种工作状态下的运动微分方程.对开关工作过程中质量块位置、永磁力、空气阻尼力、质量块与触点接触力等参数的变化规律进行了仿真,结果表明:该设计可以受控于加速度门限完成闭合-断开功能;微开关系统阻尼由质量块与封装外壳间隙厚度决定,为一变阻尼系统;开关闭合时电接触可靠性取决于质量块对触点的压力;开关闭合和截止所需的激励加速度门限值受永磁铁磁力和支撑梁刚度参数的控制. 展开更多
关键词 微电子机械系统 微加速度开关 永磁力 空气阻尼 表面接触力
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静电力作用下的微梁失稳临界电压分析 被引量:8
15
作者 贾建援 王洪喜 樊康旗 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第1期95-98,共4页
针对微机械器件中普遍使用的微梁在静电力作用下的变形、吸附、电压与间距等设计问题,以平行板电容器为原型,利用弹性力学中的板梁静力学方程和静电场分布的拉普拉斯方程建立了微悬臂梁的机电耦合模型.将不均匀分布的静电力载荷等效离... 针对微机械器件中普遍使用的微梁在静电力作用下的变形、吸附、电压与间距等设计问题,以平行板电容器为原型,利用弹性力学中的板梁静力学方程和静电场分布的拉普拉斯方程建立了微悬臂梁的机电耦合模型.将不均匀分布的静电力载荷等效离散为一组集中载荷,对小变形梁应用叠加法求解耦合模型控制方程,得到微梁失去稳定平衡状态的临界电压和梁的挠曲线.结果表明,电压增高,梁的挠度随之增大,达到临界电压时,梁末端的挠度与变形前的间隙之比为0.42~0.44. 展开更多
关键词 微梁 微结构 微机电系统
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Molecular dynamics study on temperature and strain rate dependences of mechanical tensile properties of ultrathin nickel nanowires 被引量:3
16
作者 王卫东 易成龙 樊康旗 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第11期3353-3361,共9页
Based on the EAM potential, a molecular dynamics study on the tensile properties of ultrathin nickel nanowires in the (100〉 orientation with diameters of 3.94, 4.95 and 5.99 nm was presented at different temperature... Based on the EAM potential, a molecular dynamics study on the tensile properties of ultrathin nickel nanowires in the (100〉 orientation with diameters of 3.94, 4.95 and 5.99 nm was presented at different temperatures and strain rates. The temperature and strain rate dependences of tensile properties were investigated. The simulation results show that the elastic modulus and the yield strength are gradually decreasing with the increase of temperature, while with the increase of the strain rate, the stress--strain curves fluctuate more intensely and the ultrathin nickel nanowires rupture at one smaller and smaller strain. At an ideal temperature of 0.01 K, the yield strength of the nanowires drops rapidly with the increase of strain rate, and at other temperatures the strain rate has a little influence on the elastic modulus and the yield strength. Finally, the effects of size on the tensile properties of ultrathin nickel nanowires were briefly discussed. 展开更多
关键词 ultrathin nickel nanowires temperature dependence strain rate dependence tensile properties molecular dynamics simulation
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静电力作用下微梁变形分析与计算 被引量:5
17
作者 王洪喜 贾建援 樊康旗 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2005年第4期420-422,共3页
机电耦合问题是微机电系统结构分析中的重要内容之一,目前多采用有限元方法求解。作为结构分析的有限元方法从精度上来说是令人满意的,但对于结构设计来说计算效率低、费用高。本文在对微梁结构控制方程中的静电力和梁伸长拉力公式进行... 机电耦合问题是微机电系统结构分析中的重要内容之一,目前多采用有限元方法求解。作为结构分析的有限元方法从精度上来说是令人满意的,但对于结构设计来说计算效率低、费用高。本文在对微梁结构控制方程中的静电力和梁伸长拉力公式进行校正的基础上,给出一种易于实现的不需要求解方程组的数值计算方法,通过计算实例证明,该方法与有限元方法计算的结果误差在2%以内。 展开更多
关键词 微梁 静电力 微机电系统
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电容式微加速度计的气膜阻尼分析 被引量:2
18
作者 王卫东 贾建援 +1 位作者 樊康旗 李萌萌 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第2期221-224,共4页
针对电容式微加速度计中的气膜阻尼问题,基于稀薄气体动力学理论和滑流修正的压膜雷诺方程,分析了敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼效应,得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解。研究结果表明,敏感质量块受到的气膜阻尼力不但与尺寸... 针对电容式微加速度计中的气膜阻尼问题,基于稀薄气体动力学理论和滑流修正的压膜雷诺方程,分析了敏感质量块在轴向运动中受到的气膜阻尼效应,得到了阻尼力和阻尼系数的简化解析解。研究结果表明,敏感质量块受到的气膜阻尼力不但与尺寸和速度有关,还与固体壁面的材质、表面粗糙度和光洁度等特性有关。通过实例分析给出了三种减小气膜阻尼的方法,指出动量协调系数是影响气膜阻尼(尤其是压膜阻尼)的关键因素之一。 展开更多
关键词 电容式加速度计 气膜阻尼 雷诺方程 阻尼系数
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MEMS器件平板运动空气阻尼研究 被引量:2
19
作者 朱应敏 贾建援 樊康旗 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期965-968,共4页
针对微电子机械系统中平行板间的气膜阻尼问题,通过将平板沿垂直方向的位移运动方程展开为傅里叶级数,得到了微平面机构所受的空气阻尼力和阻尼系数的解析公式。结果表明,空气阻尼系数近似与两平板间气隙厚度的三次方成反比。通过对微... 针对微电子机械系统中平行板间的气膜阻尼问题,通过将平板沿垂直方向的位移运动方程展开为傅里叶级数,得到了微平面机构所受的空气阻尼力和阻尼系数的解析公式。结果表明,空气阻尼系数近似与两平板间气隙厚度的三次方成反比。通过对微加速度开关质量块工作时所受的空气阻尼进行仿真分析,得出该开关的阻尼系数在工作过程中为变阻尼的结论,并分析了空气阻尼系数对于开关性能的影响。 展开更多
关键词 傅里叶级数 空气阻尼 微加速度开关 微机电系统
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求解静电驱动微梁变形的数值与解析方法 被引量:2
20
作者 王洪喜 贾建援 樊康旗 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2005年第2期35-38,共4页
给出了一种静电力作用下微悬臂梁控制方程的数值求解方法,提出了求解该模型的近似解析式和修正解析式,并采用模态叠加法计算微梁的动响应。结果表明,修正解析式、数值算法和动响应方法计算的微梁变形结果是一致的。同时也揭示了微梁振... 给出了一种静电力作用下微悬臂梁控制方程的数值求解方法,提出了求解该模型的近似解析式和修正解析式,并采用模态叠加法计算微梁的动响应。结果表明,修正解析式、数值算法和动响应方法计算的微梁变形结果是一致的。同时也揭示了微梁振动响应周期与驱动电压成正比、动态临界电压低于静态临界电压等相关特性。 展开更多
关键词 微电子机械系统 悬臂梁 临界电压
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