《扭轉式微機械諧振器件的扭轉-彎曲耦合熱彈性阻尼機理》是依託東南大學，由李普擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：扭轉式微機械諧振器件的扭轉-彎曲耦合熱彈性阻尼機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李普
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
設法減小微機械諧振器件的能量損耗，提高品質因數，一直是各國學者研究的重點和熱點。對於扭轉式微機械諧振器件，按熱彈性能量損耗理論，以往的觀點認為，這種扭轉器件沒有熱彈性阻尼。但實驗結果卻表明，扭轉式微機械諧振器件沒有因為無熱彈性阻尼而達到應有的、足夠高的品質因數！基於對現有實驗結果的全面分析，本申請項目認為，扭轉器件的扭轉支承梁彎曲剛度不足，導致扭轉－彎曲耦合振動，扭轉振動的能量通過扭轉－彎曲耦合變為彎曲振動能量，然後通過材料的熱彈性耗散掉。事實上，為了獲得需要的扭轉剛度，許多器件的扭轉支承梁都過於細長。.本申請項目率先研究扭轉－彎曲耦合熱彈性阻尼機理，將從熱彈性本構關係（應力-應變-溫度-熵）和拉格朗日-麥克斯韋方程出發，推導建立分布參數的扭轉－彎曲耦合方程及熱彈性阻尼模型，並用實驗驗證這個模型。
結題摘要
在高品質因數微機械諧振器件的設計階段，如何正確預測器件的熱彈性阻尼是至關重要的。本項目針對常用的器件提出了一些熱彈性阻尼計算模型。同時，本項目還提出了兩個模型分別用於計算穿孔器件的擠壓膜阻尼和微梁器件的動態Pull-in參數。本項目的主要貢獻如下。 (1).過去一些實驗顯示，對於由一組梁支承的器件的熱彈性阻尼，Zener的模型[Phys. Rev. 52 (1937) 230; Phys. Rev. 53 (1938) 90]和LR的模型[Phys. Rev. B 61 (2000) 5600]可以給出合理的結果。但另一些實驗顯示，這兩個模型不能給出合理的結果。本項目證明了：只要各梁具有相同的厚度，LR模型能給出正確的結果。 (2). 本項目提出了一個解析模型用於計算周邊固定和簡支矩形板的器件的熱彈性阻尼。對於其它邊界條件的矩形板，採用Rayleigh法，本項目給出熱彈性阻尼近似模型（基頻時）。這些模型得到了其它模型的結果和有限元法結果的驗證。 (3). 本項目提出了一個二維熱彈性阻尼模型用於計算工作在軸對稱模態的微圓板器件的熱彈性阻尼。與已有的模型相比，該模型同時考慮了沿板厚度方向和半徑方向的熱傳遞。本模型精度得到了有限元法結果的驗證。 (4). 在過去，很少有人關心扭轉器件的熱彈性阻尼。這是因為純扭轉沒有體積變形，不會引起熱彈性阻尼。但實際上，扭轉諧振器件經常採用非純扭轉力矩驅動。這時，器件同時存在扭轉變形和彎曲變形。彎曲變形引起了不應有的熱彈性能量耗散。本項目提出了一個扭轉-彎曲耦合熱彈性阻尼模型。這個模型精度得到了有限元法結果的驗證。 (5). 正確預測器件在低壓下的擠壓膜阻尼也是非常重要的。針對在低壓下的穿孔諧振器件的擠壓膜阻尼，本項目提出了一個分子動力學模型。本模型得到了實驗數據的驗證。 (6). 正確計算微執行器件的動態pull-in電壓和位置是非常重要的。對於階躍激勵下的懸臂微梁器件和兩端固定微梁器件，本項目分別提出了動態pull-in模型。該模型得到了實驗數據和前人的有限元結果的驗證。
