两端固支梁振动能量收集器的结构设计及优化

为优化压电振动能量收集器的结构,设计了两端固支梁型压电振动能量收集器,建立两端固支梁结构的集中载荷力学模型,确定梁的变形情况,对比两端固支梁和悬臂梁结构的固有频率和最大应力,得出影响两端固支梁结构优化的因素(固有频率f_2增大,最大应力σ_2减小);通过绘制两种结构关于长度比L_p和质量比M_p的等应力和等频率曲线,确定同时满足减小f_2和增大σ_2的区域,并利用ANSYS仿真验证了所推导公式的正确性,实现了两端固支梁结构的优化。

两端固支梁吸合电压解析模型的拟合修正

常用的工具软件如Coventorware和Ansys等计算吸合电压所需时间太长 ,计算一个吸合电压大约需要数小时。本文通过采用二维分布模型计算吸合电压 ,大幅度缩短计算吸合电压所需的时间 ,可在较短时间内完成大量不同尺寸及材料参数两端固支梁吸合电压的计算。用算得的吸合电压 ,采用最小二乘法 ,对两端固支梁吸合电压的解析模型进行拟合修正 。

一种两端固支微开关梁的静力学分析模型

建立了一种两端固支微开关梁的静力变形分析模型,该模型将受电场力作用的两端固支微开关梁的受力变形分为三个阶段:梁受电场力作用、梁中点不受约束的变形阶段;梁受电场力作用、且梁中点变形受约束的变形阶段,即此时在梁的中点还要受到一支反力的作用;梁受电场力和一个附加支反力作用,并在梁的中间一段具有指定的位移和转角的变形阶段;在第二阶段中梁所受支反力的大小及第三阶段中梁所受支反力的大小和位置都与驱动电压有关。在实例中,设计了一种求解各未知量的迭代方法,并给出了部分计算结果,包括:梁中点挠度和驱动电压间的关系、梁中点挠度和梁中点弯矩间的关系、梁长对吸合电压影响、驱动电极长对吸合电压的影响等,从中可得出一些有益的结论。

考虑温度效应的两端固支微机电开关梁静力分析

建立考虑温度效应的二维两端固支微机电开关梁静力变形分析模型,利用该模型分析温度变化引起的失稳问题,并利用该模型对两端固支微开关梁受电场力和温度作用下的受力变形进行分析。分析过程分为三个阶段:梁受电场力和温度变化作用,而在梁中点不受任何约束的变形阶段;除受电场力和温度变化作用外,梁中点变形受约束,因而梁中点受支反力作用的变形阶段;梁受电场力、温度变化以及支反力作用,并且在梁的中间一段具有指定挠度和转角的变形阶段。第二阶段中支反力的大小以及第三阶段中支反力的大小和位置都同驱动电压和温度变化有关。在实例中,给出部分计算结果,包括:温度变化对不同阶段梁受力变形的影响、对吸合电压的影响、对微开关电容的影响,以及不同温度变化下梁长对吸合电压的影响和不同温度变化下梁高对吸合电压的影响等,从中可以看出温度变化的作用及考虑温度效应的必要性。

两端固支微开关梁中的轴力效应分析

根据考虑轴力的两端固支梁挠曲线微分方程,将受电场力作用的两端固支微开关梁的挠度求解问题归结为求解含有未知边界条件的微分方程问题,通过将微分方程的数值解法和一种三重二分迭代求解方法相结合,实现对含有未知边界条件的挠度微分方程问题的数值求解,再通过和优化方法相结合实现失稳挠度及吸合电压的自动计算与识别。给出的部分计算结果包括,不同的梁高下轴力对吸合电压的影响、轴力对失稳挠度的影响、不同的初始驱动电极间隙下轴力对吸合电压的影响、梁高对失稳时轴力引起的应力的影响等。

两端固支多层梁吸合电压的解析模型

运用能量法分析了两端固支多层梁在静电作用下的弯曲情况及发生吸合现象时 ,梁中央的归一化位移 β和对应的吸合电压 VPI,得到了 β和 VPI的解析表达式 .用 Coventor软件中的 Co Solve EM模块进行了模拟 。

横隔板设置对两端固支箱形梁畸变的影响

采用荷载分解法将作用于箱形梁的偏心荷载进行分解,得到了畸变、刚性扭转和对称弯曲的分析荷载。利用有限元分析软件建立三维实体模型,对两端固支钢板箱形梁在承受均布荷载时,横隔板对畸变的影响作用进行分析,得到了畸变位移和畸变正应力沿梁轴方向的分布规律。通过逐步改变箱梁内横隔板的数量,考查了横隔板的设置密度与畸变的关系;并将畸变的计算结果与相同条件下按刚性扭转、对称弯曲和偏心荷载作用下的计算结果进行了比较分析,得到了反映横隔板密度对畸变效应的影响曲线。在此基础上,提出了偏心荷载作用下钢板箱形梁的简化设计计算方法。

两端固支深梁弯曲问题的解析解

引入单位脉冲函数和Dirac函数之后,从平面应力基本方程出发,建立了两端固支深梁静力问题的状态方程,还给出了问题的解析解。算例分析表明,本文方法计算效率和计算精度相当好。

集中荷载作用下固支梁的弹性力学分析

根据弹性力学平面问题的基本理论,采用半逆解法,求出了两端固支梁在集中荷载作用下的应力和位移多项式解,并与材料力学解进行了比较,说明了材料力学解的精度和适用范围,可供工程结构设计和弹性力学教学参考.

机电耦合下两端固支微梁的静态分析

在微机电系统中,静电驱动两端固支微梁常作为驱动结构,因此对微梁结构的静态分析研究具有重要意义。采用ANASYS中直接耦合法Trans126降阶单元,建立微梁的机电耦合模型,分析几何结构参数与其最大挠度的关系,进一步揭示在微机电结构中微梁抗弯刚度与其厚度的关系。

静电执行的MEMS多层膜材料参数在线提取方法

基于静电执行结构 ,结合能量法 ,推导出不等宽多层两端固支梁在静电作用下发生吸合 (pull- in)现象时吸合电压的解析表达式 ,并用数值方法进行了拟合修正 ,用 Coventorware软件进行的模拟表明所得拟合表达式具有较高的精度 .由于吸合电压与梁的材料参数和几何尺寸有关 ,通过改变梁的几何尺寸可以得到不同的吸合电压值 ,从而得到梁各层材料的参数 。

MEMS薄膜泊松比在线提取方法研究

提出了一种新的泊松比在线测量方法,在用两端固支梁静电吸合模型提取薄膜等效弹性模量的基础上,根据薄膜的等效弹性模量、杨氏模量、泊松比之间的关系提取薄膜的泊松比.在确定的工艺条件下,选择多组尺寸的测试结构用Coventor Ware软件计算吸合电压值,分析不同梁长对提取等效弹性模量精度的影响,表明选择合适的梁长可得到具有较高精度的泊松比.

轴力对吸合电压影响分析的一种近似方法

利用积分中值定理,提出两端固支梁中轴力的近似分析方法,结合几种满足位移边界条件的位移函数,推导两端固支梁中轴力的近似计算公式,并将这些计算公式应用于分析两端固支微机电开关梁的吸合电压中。计算实例中,针对一些不同的梁长、不同的梁厚、不同的驱动电极长以及不同的初始间隙,通过比较几种不同的轴力公式得出的吸合电压计算结果可见,选用余弦位移函数计算轴力时,文中提出的考虑轴力时吸合电压的计算结果精度较高。另外,影响相对误差大小的主要因素是梁厚和初始间隙,而梁长对相对误差的影响很小。

质子交换膜燃料电池膜电极的形变量研究

通过实验的方法测量了质子交换膜燃料电池(PEMFC)工况条件下膜电极(MEA)在不同压差下的形变量。基于力学中固定梁模型建立了MEA形变与其两侧压差之间的关系,并应用泰勒公式展开对挠曲变形进行一阶近似修正,可预测不同压力差或流道宽度时对应MEA的挠度曲线,为流场设计提供可靠依据。

桥式射频MEMS开关上电极薄膜的残余应力改进模型

桥式射频(RF)微机电系统(MEMS)开关的上电极薄膜残余应力影响开关的响应时间、下拉电压等性能参数,降低了开关的可靠性.在分析传统拉伸线模型的基础上,提出了一种改进的残余应力静力学模型,将残余应力扩展到压应力的情况,并可应用于非对称均布载荷.选取了一组典型的开关参数,计算了双轴残余应力对两端固支MEMS薄膜均布载荷下拉挠度的影响.结果表明,在选取的参数条件下,拉应力增大到1 MPa时,薄膜的最大挠度减少7.95%,压应力增大到-1 MPa时,薄膜的最大挠度增加9.47%,与传统模型的计算结果相比,改进模型消除了非线性叠加产生的约0.3%的误差.采用迭代方法计算下拉电压,对两组实验测试数据与模型计算结果进行了验证,模型计算结果与实验数据基本相符.

中深孔开采急倾斜薄矿体采场顶板力学模型及围岩扰动规律研究

以果洛龙洼金矿开采为工程背景,首先基于弹塑性理论,将中深孔开采急倾斜薄矿体采场顶板简化为两端固支的高次超静定梁,并建立力学分析模型。分析顶板4个不同的受力变形阶段,即弹性阶段、顶板两端出现塑性区阶段、顶板两端破裂并变为简支阶段、整个顶板成为塑性流动机构阶段,确定不同阶段的顶板极限跨度,分别为7.38,9.27,9.53和10.43 m。然后基于Kachanov蠕变损伤理论对不同阶段顶板损伤断裂时间进行预测,不同受力阶段顶板断裂时间分别为51.8,15.3及14.5 d,并给出顶板两端损伤断裂时间与顶板跨度的函数关系图,基本呈三次函数关系。最后根据现场应力监测,对开采过程中围岩应力变化规律进行研究,分析表明随着工作面的推进,采场围岩应力经历缓慢增加、急剧增加、急剧降低和缓慢恢复4个阶段。