微梁谐振器中气体可压缩性对压膜阻尼影响的研究

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微梁谐振器由于其尺寸小,比表面积大,在振动的过程中,压膜阻尼会显著影响谐振器的动态响应特性,因此研究微梁谐振器中的气体压膜阻尼对提高器件的工作性能有重要意义。在研究微谐振梁中压膜阻尼的过程中,一方面当微梁与基底之间的间距较大时,可以把微梁作为孤立物体来确定气体阻尼;另一方面当微梁与基底之间的间距较小时,需考虑微梁与基底之间的气体压膜效应来确定气体阻尼。压膜效应引起的气体阻尼是影响器件性能的一个重要因素,它会增加系统的阻尼和刚度,从而影响器件的动态响应特性。为了有效减小压膜效应对器件的影响,可采取在微结构上打孔的方法。但在微结构上打孔后,用来确定压膜效应的传统Reynolds方程已不再适用,需要新的模型或方程来确定有孔微结构中的压膜效应。基于以上问题,本文主要内容有以下五部分: 1.对气体压膜效应的研究历史进行了回顾,并对近年来发展的用来确定有孔微结构中气体压膜效应的理论和方法进行了介绍和说明,总结和概括了这方面的研究现状。 2.从不同角度对微梁谐振器中的气体阻尼进行分析,得到临界压膜厚度。当压膜厚度大于此临界压膜厚度时,需要把器件作为孤立物体来确定气体阻尼;当压膜厚度小于临界压膜厚度时,需考虑压膜效应米确定气体阻尼。 3.基于流体质量守恒方程和前人的工作,建立用来确定有孔微结构中压膜效应的修正Reynolds方程。此修正Reynolds方程考虑了气体可压缩性、板的边缘效应和垂直方向的气体流动对压膜效应的影响。 4.在小振幅的假设下,对建立的修正Reynolds方程进行线性化,并求解得到气体压膜效应引起的阻尼和弹簧效应压强分布。 5.利用有限元软件ANSYS对压膜效应进行模拟,把得到的模拟结果和不同的理论分析结果进行了比较;并利用压膜效应理论,对有孔微梁谐振器的优化设计进行初步考虑。
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