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第1章 绪论1

1.1 MEMS概述1

1.2 MEMS在军事领域的应用5

1.3 微构件动力学研究9

第2章 微梁机电耦合振动12

2.1 微梁机电耦合模型建立12

2.2 静电力分析15

2.3 悬臂式微梁机电耦合自由振动16

2.3.1 静态位移求解16

2.3.2 动态分析18

2.4 弹性支撑微梁机电耦合自由振动19

2.4.1 静态位移求解19

2.4.2 动态分析20

2.5 悬臂式微梁机电耦合受迫振动22

2.5.1 简谐受迫振动22

2.5.2 共振分析23

2.6 弹性支撑微梁机电耦合受迫振动23

2.6.1 简谐受迫振动23

2.6.2 共振分析24

2.7 实例计算及分析25

2.7.1 悬臂式微梁25

2.7.2 弹性支撑微梁33

第3章 微梁机电耦合非线性动力学40

3.1 弱非线性系统的自由振动40

3.2 接近共振的受迫振动42

3.3 远离共振的受迫振动45

3.4 实例计算及分析47

3.4.1 弱非线性系统自由振动分析47

3.4.2 接近共振的受迫振动分析49

3.4.3 远离共振的受迫振动分析50

第4章 微梁机电流体耦合自由振动54

4.1 微梁机电流体耦合模型建立54

4.1.1 振动方程54

4.1.2 空气挤压膜阻尼54

4.1.3 系统动静态方程56

4.2 微梁机电流体耦合自由振动56

4.2.1 静态位移求解56

4.2.2 动态分析56

4.3 实例计算及分析61

4.3.1 位移振动响应分析61

4.3.2 电场、压力场振动响应分析62

4.3.3 灵敏度分析65

第5章 微梁机电流体耦合受迫振动75

5.1 受迫振动方程的建立75

5.2 受迫振动求解75

5.3 实例计算及分析78

5.3.1 共振分析78

5.3.2 灵敏度分析79

第6章 微板机电耦合振动86

6.1 微板机电耦合模型建立86

6.2 四边简支微板机电耦合自由振动89

6.2.1 静态位移求解89

6.2.2 动态分析90

6.3 对边简支对边固定微板机电耦合自由振动92

6.3.1 静态位移求解92

6.3.2 动态分析94

6.4 三边简支一边自由微板机电耦合自由振动95

6.4.1 静态位移求解95

6.4.2 动态分析96

6.5 四边简支微板机电耦合受迫振动97

6.5.1 简谐电压激励97

6.5.2 简谐外载荷激励99

6.5.3 简谐电压和简谐外载荷共同激励100

6.6 对边简支对边固定微板机电耦合受迫振动102

6.6.1 简谐电压激励102

6.6.2 简谐外载荷激励103

6.6.3 简谐电压和简谐外载荷共同激励103

6.7 三边简支一边自由微板机电耦合受迫振动104

6.8 微板机电耦合自由振动实例计算及分析105

6.8.1 四边简支微板105

6.8.2 对边简支对边固定微板111

6.8.3 三边简支一边自由微板116

6.9 微板机电耦合受迫振动实例计算及分析121

6.9.1 简谐电压激励下的受迫响应分析121

6.9.2 简谐电压和简谐外载荷共同作用下的微板动态响应分析126

6.9.3 简谐电压激励下的共振分析148

6.9.4 简谐电压和简谐外载荷共同激励下的共振分析151

第7章 微板机电耦合非线性动力学154

7.1 弱非线性系统自由振动154

7.1.1 非线性静电场力154

7.1.2 系统非线性动力学方程155

7.1.3 广义时间函数及幅频响应特性156

7.2 接近共振的受迫振动158

7.3 远离共振的受迫振动161

7.4 实例计算及分析164

7.4.1 工作电压与静态平均位移164

7.4.2 频率特性165

7.4.3 时域动态响应173

7.4.4 幅频响应特性186

7.4.5 系统影响因素分析190

第8章 谐振式压力传感器敏感性分析206

8.1 灵敏度近似计算方法206

8.1.1 压力膜弯曲206

8.1.2 灵敏度分析208

8.1.3 灵敏度影响因素分析209

8.2 不同结构谐振式压力传感器210

8.2.1 固支结构211

8.2.2 跳板结构212

8.2.3 半岛结构213

8.3 改进的灵敏度计算方法215

8.3.1 半岛结构压力应力关系分析215

8.3.2 灵敏度解析式的推导216

8.4 两种方法的比较220

第9章 静电微泵泵膜的振动分析222

9.1 静电微泵的模型及泵膜的振动方程222

9.2 泵膜的自由振动223

9.3 泵膜在偏置电压下的静态位移226

9.4 防止静电吸合的条件227

9.5 微泵机电流体耦合动力学模型及压膜阻尼228

9.6 偏置电压下泵膜的振动方程233

9.7 偏置电压下泵膜的自由振动234

9.7.1 自由振动微分方程的求解234

9.7.2 频率特性235

9.7.3 广义坐标236

9.8 偏置电压下泵膜的受迫振动240

9.8.1 受迫振动微分方程的求解240

9.8.2 接近共振的受迫振动241

9.8.3 远离共振的受迫振动245

9.9 实例计算及分析249

9.9.1 系统结构参数249

9.9.2 泵膜静态位移分析249

9.9.3 泵膜的自由振动分析249

9.9.4 泵膜接近共振的受迫振动分析255

9.9.5 泵膜远离共振的受迫振动分析257

第10章 微泵流量分析259

10.1 无阀微泵的工作原理259

10.2 扩散口和收缩口的性能分析260

10.3 微泵流量分析264

10.3.1 阻尼比的确定264

10.3.2 流量计算264

10.3.3 瞬时流量计算266

10.4 微泵流量影响因素分析268

10.4.1 远离共振268

10.4.2 接近共振269

10.4.3 流量影响曲线270

10.4.4 结果分析273

第11章 微泵结构参数的优化275

11.1 优化设计的数学模型275

11.2 静电微泵优化问题的简化276

11.3 静电微泵的优化277

11.4 ANSYS仿真分析280

11.4.1 泵膜自由振动模态仿真280

11.4.2 泵膜结构静电耦合变形仿真283

第12章 静电驱动微板动力学实验287

12.1 实验测试原理287

12.2 微动实验平台的设计与制造289

12.2.1 主要设计要求290

12.2.2 结构设计290

12.3 简谐激励下微板动力学实验291

12.3.1 共振区域检测292

12.3.2 微板动力学实验294

12.3.3 实验结果与理论值分析比较298

参考文献300