折叠梁刚度的误差灵敏度分析

对MEMS中并联或串联组合而成的两种折叠梁形式的总刚度进行了分析,分析了两种梁在总刚度相同的条件下对加工误差的灵敏度,指出在加工误差不可避免的情况下,选择合适的折叠梁结构来满足具体的运用要求。得出:除发生误差的情况之外,折叠梁对误差的灵敏度比单梁小得多。运用CoventorWave软件对梁结构在随机相对误差下进行了有限元仿真分析,验证了理论分析的正确性。

压电折叠梁微执行器的低电压优化设计

采用理论分析和有限元数值模拟相结合的方法,对压电折叠梁微执行器在低电压下工作时的器件结构进行优化设计。首先通过理论分析获得优化的器件结构参数,再通过有限元模拟验证理论分析结果。在器件设计中,通过综合考虑制造工艺、工作条件、器件应用的可靠性,对压电悬臂梁长度、单晶硅层厚度、折叠梁级数,以及工作电压进行折衷优化,获得低电压应用时最佳的器件参数。

静电硅微多折叠梁谐振器设计和试验研究

建立了静电硅微多折叠梁谐振器的横向振动模型,得到了多折叠梁的变形方程和该类谐振器谐振频率的解析表达式。用标准体硅微工艺设计加工出两类共4种该类谐振器,通过试验测定其谐振频率,并用ANSYS软件进行了模态分析。结果表明,该类谐振器谐振频率的理论计算值和ANSYS模拟值与实测值间的相对误差均小于2%,验证了该理论模型的正确性。采用多折叠梁谐振器可以实现低频下大振幅的电能-微机械能的转换。

折叠梁平面角对电容式RF MEMS开关性能的影响

低驱动电压电容式RF MEMS开关采用弹性拆叠梁支撑可变电容活动极板,使开关弹性结构具有很小的弹性系数,但也降低了开关的一阶模态谐振频率,致使开关无法获得较高的开关速度。提出了通过调整弹性折叠梁平面角微调弹性结构弹性系数的方法,在保证开关具有低驱动电压的同时,尽可能提高弹性结构的一阶模态谐振频率。仅改变弹性折叠梁平面角的大小,对其分别为0°,45°,90°的具体开关结构,应用MEMS CAD软件CoventorWare进行机电耦合仿真,定性分析了弹性折叠梁平面角对微结构弹性系数的影响。仿真结果表明:改变弹性折叠梁平面角大小,可以微调电容式RF MEMS开关的驱动电压和一阶模态谐振频率。

MEMS陀螺中折叠梁的建模与仿真

针对MEMS陀螺中常见的折叠梁结构,建立了折叠梁的理论模型,并在SABER平台上建立了其系统级模型.进而将两根折叠梁相连的模型用于MEMS陀螺的设计与仿真,对其进行频域和时域分析.利用基于ANSYS的有限元仿真结果对模型进行了有效性验证,分析了折叠梁的尺寸参数变化对陀螺谐振频率的影响.仿真结果表明,折叠梁的系统级模型与ANSYS仿真结果的误差小于5%,仿真时间仅200 s,可以在确保仿真精度的前提下,满足MEMS器件快速设计的要求.

一种弹性折叠梁的刚度建模分析

刚度对微动平台的驱动行程具有极大影响,为了有效提高微动平台的行程范围,提出一种弹性折叠梁代替传统的弹性薄板结构。首先将整体结构划分为横梁和竖直梁两种不同单元,并建立相应的刚度方程,然后和各个节点的力平衡方程相结合,得到单侧结构的刚度方程。再根据结构的对称性,建立另一侧结构的刚度方程。最后根据两侧结构的变形协调关系推导出弹性折叠梁的整体刚度矩阵。最后给出了数值算例,表明刚度建模方法在分析驱动载荷方向的变形时候偏差很小,但是其他方向的牵连变形精确度较低,因此应以ANSYS分析结果为准。

折叠梁式振动能量采集器的设计

单自由度压电能量采集器因其结构特点,其有效工作频带范围较窄,难以在实际的无线传感器网络节点和可穿戴设备等领域应用。本文提出一种基于折叠梁结构的压电振动能量采集器,以提高采集器的工作带宽。首先,对折叠梁式振动能量采集器进行理论建模及有限元分析,其次,分析不同质量块的质量对所提出的能量采集器的影响,最后,对所提出的能量采集器进行实验研究,实验结果表明,在频域为0~100 Hz,加速度为0.3 g的条件下,"L"型振动能量采集器的工作带宽为1 Hz,"Z"型振动能量采集器的工作带宽为3 Hz,扩增为"L"型带宽的300%,其次,"Z"型振动能量采集器在0.2 gn,0.25 gn,0.30 gn激励下的最佳匹配负载电阻分别为0.21 MΩ,0.27 MΩ以及0.21 MΩ,最大输出功率为509.122 mW,921.926 mW以及1331.230 mW,初步验证了折叠梁式能量采集器的性能。本文所提出的折叠梁式能量采集器可以兼顾降低谐振频率和增加低频段的谐振阶数的需求,有效提高了能量采集效率,为待供能设备提供充足的电能。

四方折叠梁声子晶体低频带隙特性研究

提出一种二维四方折叠梁声子晶体结构,通过有限元仿真分析该结构的低频带隙特性和几何参数影响,阐述多重共振耦合机理。结果表明:二维四方折叠梁局域共振型声子晶体的几何尺寸即四方折叠梁宽度的增大,可以导致带隙变窄,甚至消失。折叠梁、基体材料和谐振子连接处的几何尺寸对带隙的影响具有一致性,其尺寸的增加仅可以使第一带隙向低频移动。大原胞的不同排列组合可以打开或者关闭低频带隙。设计思想丰富了声子晶体低频带隙相关理论,可为其相关结构设计提供一定的理论指导,在超低频频率范围内的多共振现象说明该声子晶体结构在低频能量回收方面有潜在的应用价值。

微加速度传感器折叠梁刚度的精确求法

通过采用结构力学的力法，建立了求解叉指式微结构加速度传感器刚度的力学模型，并得到了精确解。与材料力学方法相比，该模型推导过程简单；与有限元方法相比，该模型在同等力学假设的条件，精度更高，且将计算分析的工作效率大大提高。

一种弹性折叠压电悬臂梁的结构设计及发电特性研究

针对传统悬臂梁振动发电频带窄的问题,提出了一种弹性折叠梁结构。仿真分析了该结构的振动特性,探讨了结构参数变化对共振频率的影响,搭建了振动发电测试系统,通过实验验证了该结构的发电能力。实验结果表明,相较于传统悬臂梁,弹性折叠梁具有更低的共振频率,利用多个频率接近的模态可以显著拓宽频带宽度,在振动发电方面具有明显优势。

某型机旋翼斜梁折叠地面模拟试验台拖动系统的设计与应用

本文主要介绍了某型机旋翼—斜梁折叠地面模拟试验台拖动系统方案的设计、系统关键设备和部件匹配设计以及在功能试验和耐久性试验中的应用。

准LIGA微加速度开关的研制

阐述了一种主要由质量块、折叠梁结构、触点电极和自锁 /解锁机构组成的微型加速度开关的研制过程。设计过程中采用有限元软件Ansys进行结构模拟计算 ,确定了合适的结构参数 ;以硼硅玻璃为基底 ,采用准LIGA和牺牲层技术 ,分三层制作完成。经测试 ,开关性能较好 。

残余应力对z轴硅微机械振动陀螺仪性能的影响

z轴硅微机械陀螺仪采用体硅薄片溶解法制作,在加工过程中引入了残余应力。从理论上分析了残余应力对z轴陀螺仪工作模态的影响,并采用有限元软件进行了仿真。仿真结果和试验表明,第一回合设计的z轴陀螺仪驱动轴受到张应力作用,应力值约为20～30MPa;检测轴受到压应力的作用。在此基础上提出了两种应力释放结构的设计方案,折叠梁结构的设计和应力释放槽的开设。由第二回合设计的z轴陀螺仪试验结果表明,陀螺仪结构内残余应力得到了较好地释放,大大提高了陀螺仪结构的机械灵敏度。

横向振动微谐振器的仿真分析

通过ANSYS有限元仿真软件对横向振动微谐振器进行静态、模态和谐响应仿真分析。在静态和模态分析中,得到水平方向最大静位移和谐振频率等重要性能参数以及不同的折叠悬臂梁结构参数对它们的影响。在谐响应仿真分析中得到微谐振器的幅频响应特性,从而导出微谐振器的品质因子Q值。

基于垂直扭转梳齿驱动结构的硅微机械扭转微镜的设计加工与表征(英文)

为了改善扭转微镜的机电耦合特性和光学特性,提出了一种新的基于SOI硅片的垂直扭转梳齿静电驱动结构．通过有限元与边界元方法,对不同厚度扭转梁的机电耦合特性进行了数值模拟,得到了相应的阈值电压和吸合电压,并提出了几种新的折叠梁结构,以进一步改善器件的机电耦合特性;通过力学分析,从理论上推导了垂直扭转梳齿静电驱动方式微镜的最大扭转角度、阈值电压、扭转刚度以及固有频率,获得了结构参数对器件机电耦合特性的影响机制;最后,利用比例散射理论讨论了表面粗糙度、入射光束波长和入射角度等参数对微镜表面光学反射性能的影响,并利用原子力显微镜测量了微镜的表面粗糙度．理论模拟与实验研究表明,基于SOI硅片和垂直扭转梳齿结构的硅微机械扭转微镜可显著降低器件的驱动电压,提高器件的机电耦合特性和微镜表面的光学反射特性．

MEMS微机械结构受冲击力学分析

对微机电系统(MEMS)加速度传感器ADXL203的微机械结构建立三维模型,使用卡式定理与线性弹性理论推导折叠梁X,Y,Z方向刚度,并利用ANSYS有限元仿真验证了刚度计算结果。求解结构阻尼系数,由阻尼受迫振动模型入手,采用准静态理论或振动理论,分析微机械结构在冲击脉冲下的响应规律,推导出在半正弦波冲击条件下,微机械结构的运动方程。计算得到微机械结构在X,Y方向最大位移为0.883,0.8786 mm,分别在冲击发生后的0.141,0.142 ms时。提出了微机械结构刚度、阻尼、运动方程的求解方法,便于分析其失效机理,指导MEMS冲击试验的进行。

二维电容式硅微加速度传感器的刚度求解

硅微电容式加速度传感器具有灵敏度高、噪音低、漂移小、功耗低、结构简单等优点 ,在军民两用市场中有着广泛的应用前景。本文针对自主开发设计的一种带折叠梁的二维叉指电容式硅微加速度传感器 ,采用力法求解了其主轴刚度 。

单刀双掷RF MEMS开关的研究与设计

介绍了一种基于横向金属接触的DC-5GHz单刀双掷RF MEMS开关的研究与设计.横向金属接触开关包括了一套有限的共面波导(FGCPW)传输线和左右摆动的悬臂梁.为了降低开启电压,设计了一种曲折型的折叠梁结构,通过理论分析与仿真实验验证了该结构的可行性,并利用Metal MUMPs工艺加以实现.测试结果显示,该开关在5GHz处的插入损耗为0.8dB,回波损耗大于20dB,隔离度为40dB.测得最低开启电压为33V.

圆壳体振弦式陀螺驱动设计与振动特性分析

针对微陀螺高精度和微型化的发展趋势,依据振弦式陀螺的工作原理建立了圆壳体振弦式陀螺驱动模型;应用Ansys软件分析了驱动中U形折叠梁结构参数以及内环驱动结构参数对驱动的影响,优化了驱动结构并建立了振动响应仿真分析。结果表明:圆壳体振弦式陀螺受驱动方向和驱动垂直方向的重力影响较大但变形小于1μm,优化后的U形折叠梁沿z方向有足够的刚性,可降低振弦式陀螺受z方向重力加速度的影响,且从谐响应分析中得出驱动峰值频率为3 500 Hz,最大应力为132 kPa,幅值为9.27μm。从而验证了所提出的驱动模型的可行性,为实际产品试制研究奠定理论基础。

微谐振器结构性能的有限元分析

微谐振器是试飞测试系统的重要组成部件,微谐振器的性能影响到试飞测试系统的精确度。为了提高微谐振器的性能,在传统结构的基础上,提出改变微谐振器中折叠梁、驱动梳齿等结构的尺寸来改善其性能。运用有限元法对不同结构尺寸下的微谐振器进行模态、品质因子分析。仿真结果表明,横向微谐振器的一阶模态频率的大小很大程度上受到折叠梁尺寸的影响;静电梳齿的尺寸设计中,梳齿的宽度是影响驱动力和品质的一个关键因素。仿真结果表明,对提高微谐振器的性能具有一定的指导意义。