书名：微机电耦合动力学

书号：978-7-118-10053-2

作者：许立忠

出版时间：2015年5月

译者：

版次：1版1次

开本：16

装帧：精装

出版基金：国防科技图书出版基金

页数：303

字数：350

中图分类：TM

丛书名：微米纳米技术丛书·MEMS 与微系统系列

定价：98.00

本书主要介绍MEMS 典型构件机电耦合及机电流体耦合动力学的相关理论与应用。全书共分12 章,主要内容包括:微机电系统及微机电系统动力学问题的发展与应用现状;静电驱动微板、微梁机电耦合动力学理论;静电驱动微板、微梁机电耦合非线性动力学理论;考虑压膜阻尼的微梁机电流体耦合动力学理论;谐振式微型压力传感器敏感性分析;静电微泵泵膜动力学、流量及结构优化分析;静电驱动微板动力学实验测试。

本书可供高等院校微电子、机电一体化等专业的师生阅读,也可作为从事微机电系统工程设计开发的研究生和科研技术人员参考。 This book mainly introduces the electromechanical coupled and electrome- chanical fluid coupled dynamics theory and application of MEMS typical micro components.There are 12 chapters in this book: Introduction, Electromechanical coupled dynamics of electrostatically driven micro - plates and micro - beams, E- lectromechanical coupled nonlinear dynamics of electrostatically driven micro - plates and micro - beams, Electromechanical fluid coupled dynamics of micro - beams considering squeeze film damping, Sensitivity about resonant pressure micro sensor, Dynamics of the electrostatic micro - pump membrane, its flow and struc- tural optimization, Dynamics test of electrostatically driven micro - plate. This book can be used as reference book for teachers, students and engineers of microelectronics, mechatronics majors, and other relevant majors.

第1 章绪论 1

1.1MEMS 概述 1

1.2MEMS 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

11.4ANSYS 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

内容简介

书中论述了结构与结构和流体声耦合，结构与气流耦合（气动弹性），结构与液流耦合（液动

弹性），结构与控制、热、电磁耦合，结构耦合动力学统计能量分析（SEA）原理及其应

用等内容。

本书为航空、航天、交通运输、建筑及有关工业系统工程、设计专业、力学专业研

究生或本科生选修课教材。还可供有关理工科研究生和系统工程总体设计、动力学环

境预示、动态分析、故障诊断与控制设计的科技人员参考。

目录

第1章 绪论

1.1结构耦合动力学发展概况

1.2发展前景、分类与综合

1.3有关基本概念

第2章 结构耦合动力学统计能量分析（SEA）与应用

2.1引言

2.2统计能量分析原理

2.3动力学系统SEA有关参数

2.4结构振动与流体声的耦合作用

2.5系统间相互作用与耦合损耗因子（CLF）

2.6统计能量分析参数测试方法

2.7系统响应估计

2.8统计能量分析程序与应用

第3章 结构与气流的耦合

3.1引言

3.2单自由度气动弹性与驰振（galloping）分析

3.3双自由度气动弹性分析

3.4细长体气动弹性分析

3.5翼面颤振（flutter）

3.6壁扳颤振

3.7飞行器整体气动弹性分析

第4章 结构与液流的耦合

4.1引言

4.2输液（含液体流动的）管道振动

4.3不同边界条件输液管道不稳定性振动

4.4贮箱液体耦合质点弹簧模型

4.5贮液圆柱壳与柔性防晃板分析

4.6跷振（POGO）预测、辨识与参数估计

第5章 结构与控制的耦合

5.1引言

5.2结构随机干扰响应主动控制

5.3典型结构的主动、被动与半主动控制

5.4颤振主动抑制

5.5跷振主动抑制

5.6自适应结构

参考文献

名词术语索引

2100433B

《流固耦合动力学》系统、详细地讲述了流固耦合问题的求解方法和基本理论。全书共分7章，主要内容包括流固耦合的有限元法、边界元法、SPH方法、瞬态流耦合分析方法和小尺度物体的流固耦合振动及水下气泡与边界的耦合效应等。《流固耦合动力学》在讲述过程中还辅以相关的算例，便于学者学习和理解。《流固耦合动力学》可以作为高等学校的研究生教材，也可作为希望在这一领域进行研究和应用的科技工作者的参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭《流固耦合动力学》的部分或全部内容。