悬臂梁-流体-悬臂梁耦联系统的湿模态相互作用

应用流体的势流理论及悬臂梁振动方程，本文分析了悬臂梁流体悬臂梁耦联系统的自由振动问题。分析表明，悬臂梁除与流体发生相互作用外，两悬臂梁湿模态通过流体的耦合也发生相互作用，后者的作用使流固耦联系统的湿模态呈现新的振动特性，同一阶两个子结构（梁１，２）各自的干模态分别对应耦联系统同一阶的两个湿模态，一个以较低的湿频率出现，两梁呈反相位振型，另一个以较高的湿频率出现，两梁呈同相位振型。

温度对悬臂梁静电驱动RF-MEMS开关性能的影响

介绍了温度对悬臂梁式RF-MEMS开关的影响。以南京电子器件研究所研制的悬臂梁式RF-MEMS开关为实验样品,常温下(25°C)先测定样品的驱动电压和射频特性,再将样品置于温度恒定的烘箱中热烘1h,取出后在常温条件下测定其机械形貌及电学性能。烘箱的温度从50°C变化到200°C,步进50°C。针对每个温度做一轮实验,最后将所得数据进行对比。实验结果表明,温度对于开关的射频性能影响极其微弱,但驱动电压对于温度却有较强的依赖性。分析认为,当温度变化时,悬臂梁结构的翘曲是影响驱动电压变化的主要因素。最后提出了几种可以提高结构温度稳定性的方法。

悬臂梁系统的脉冲控制

为解决悬臂梁碰撞系统的混沌控制问题,利用脉冲微分系统理论和数值模拟技术,对悬臂梁系统的混沌控制进行了研究.结果表明:当悬臂梁碰撞系统出现混沌现象时,若在满足一定条件的时间点上对该系统施加脉冲信号,系统的混沌状态将会得到有效控制.利用龙格-库塔方法对施加了脉冲信号的系统进行了数值模拟,模拟结果表明:在固定时间点处系统的混沌状态得到了有效控制,验证了脉冲控制方法的可行性与有效性.该方法对研究建筑物的动力学行为具有一定的参考价值.

悬臂梁模态分析与测试技术比较研究

利用理论计算、数值计算与测试方法对悬臂梁的模态参数进行了比较研究。理论计算采用基于欧拉-伯努利梁理论的方法,数值计算采用工程分析软件ANSYS,测试方法采用西门子LMS模态分析与测试工具包,由上述三种方法得到了悬臂梁的固有频率和模态振型,比较了不同方法之间产生差异的原因。该工作可为悬臂梁的工程应用提供参考。

磁致伸缩薄膜-基底悬臂梁系统的弯曲特性研究

从基本力学平衡方程出发获得了任意薄膜厚度的磁膜-基底悬臂梁系统弯曲问题的严格解,研究了悬臂梁系统作为弯曲型微传感器件的应用优化问题,并重点分析了构成悬臂梁的两种材料的几何参数和物理参数对悬臂梁自由端最大挠度值的影响.结果表明:在基底厚度确定的情形下,当磁膜/基底的弹性模量比值增加时,悬臂梁自由端挠度的最大值增大,但对应挠度最大值的最优厚度比值则减小;而当悬臂梁的总尺度确定时,系统的挠度最大值与磁膜和基底材料的弹性模量和Poisson比无关.

三种介质耦联系统动力反应分析的显式有限元法及其应用

在笔者已建立的流体饱和多孔介质动力分析的显式有限元法的基础上 ,提出了可分析任意形状的流体饱和多孔介质 单相弹性固体介质 理想流体介质耦联的复杂系统的动力响应的显式有限元方法 .该方法建立的有限元方程列式具有解耦特征 ,不需求解联立方程组 ,因而极大地提高了计算效率 .将这一方法用于分析了考虑库水、坝、淤泥层和基岩这一复杂系统动力相互作用问题的斜坝面的地震响应 ,并给出了一些计算结果 .

磁致伸缩薄膜-基底悬臂梁微致动器的设计与优化

从最基本的力学平衡方程出发获得了适应于任意磁膜/基底厚度比、自由端施加点荷载的磁膜-基底悬臂梁系统弯曲问题的严格解,针对材料的几何参数和物理参数着重分析研究了构成微致动器悬臂梁的设计与优化问题,给出了微致动器应用的最佳条件,并澄清了一些理论问题.结果表明:当基底厚度固定时,磁膜和基底厚度之比越大,悬臂梁的带载能力越强,即输出力越大;而当悬臂梁整体厚度固定时,其自由端的输出力将出现唯一的极大值,此极大值随着材料强度比的增加将减小,同时相应的厚度比将减小.无论是基底的还是整体的厚度固定,悬臂梁中两种材料的Poisson比对其自由端输出力的影响都很大,不可忽略.

柔性多体系统动力学典型数值积分方法的比较研究

为合理选用积分方法,对柔性多体系统动力学中8种典型的数值积分方法的性能进行了比较研究。以中心刚体-柔性悬臂梁系统为研究对象,运用第二类拉格朗日方程建立系统高次耦合动力学模型。采用8种典型的数值积分方法对方程进行求解,比较了计算效率、数值精度等。结果表明:显式方法较隐式方法更依赖于时间步长的选取;在同等时间步长下,隐式方法的计算效率低于显式方法,隐式方法可以通过放大时间步长提高计算效率;自启动自动变步长且自动变阶的吉尔(Gear)法计算效率高且其更合适于计算广义质量阵为常元素阵的动力学方程;希尔伯特-修斯-泰勒(HHT)法、广义-α法可以通过放大时间步长提高计算效率,但计算精度降低。

硅基纳机电探针及其敏感和执行特性

阐述了集成纳机电探针实现超高密度存储的工作原理 ,并对所设计的结构进行了力学理论计算和有限元模拟 .采用硅基微纳机械加工工艺 ,将压阻敏感器和电热纳米针尖一体集成到硅悬臂梁上 ,实现器件制作 .对加热电阻进行温度标定 ,得到了加热电阻与温度间二次关系曲线 .在此基础上对器件进行微秒级瞬态电热特性分析和测试 ,测试结果与理论计算结果和有限元模拟结果都有较好的吻合 .测试结果表明在 4 V脉冲电压下 ,加热时间为 3μs时 ,针尖温度达到 4 6 3.1 5 K,相应的加热电阻的降温时间常数为 6 .2 μs,数据写入速度达到近百 k Hz.悬臂梁上的压阻器件敏感度 (电阻相对变化 )在 2× 1 0 - 7N预力作用针尖处时 ,达到了 5 .4 1× 1 0 - 4,满足纳米数据坑读出灵敏度的要求 .