MEMS若干动力学问题研究

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1、1会计学MEMS若干动力学问题研究若干动力学问题研究振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室 表面微加工技术 薄膜生成技术；牺牲层技术 体形微加工技术 化学腐蚀；离子刻蚀 LIGA技术和SLIGA技术 光刻、电铸及注塑 特种精密机械加工技术 电火花加工；激光加工；光造型加工 固相键合技术 阳极键合；Si-Si直接键合；玻璃封接键合；冷压焊键合振动、冲击、噪声国家重点实验室 First batch-fabricated MEMS（1964） First polysilicon surfa

2、ce micromachined MEMS device (1984)First electrostatic micromotor（1988）MEMS历史上几个重要的第一次振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室MEMS是人类科技发展过程一次重大技术整合微电子、精密加工、传感器、执行器等技术? 微小型化、智能化、集成化、高可靠性MEMS能够完成真正意义上的微小型系统集成在芯片上实现了力、热、磁、化学到电的转变MEMS极大地改善了人类生存方式与生活质量大批量、低成本的微传感器、微热行器MEMS将会带动一个充满活力的产业迅速成长不是钢铁、汽车、微电子，而是微系统振动、冲击、噪声

3、国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室微机电系统的基本概况MEMS动力学问题研究微转子动力学问题研究若干动力学问题的研究MEMS动力学研究展望2.1微尺度效应2.2多能域耦合效应2.3MEMS非线性动力学问题2.4动力学建模和模拟分析方法振动、冲击、噪声国家重点实验室MEMS 象征着超小型计算机芯片与微型传感器、探头、光学元件及执行器的密切结合。 振动、冲击、噪声国家重点实验室 微型机械0.01m-0.1mmMEMS0.1mm-0.1mNEMS100nm-0.1nm振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室 各种驱动器的尺度效应振动、冲击、

4、噪声国家重点实验室2222000022111222rerrl WLVF V Vldl 静电力 电磁力22()22ABFILBl1113131311333444lld EbhVd EVd EVFlLl 压电力0fresidenceresidencem LHVmPower densitylVVtt 热动力0000/22aareactionbbERTERTaafuelfueltlA fuelOeA fuelOe 振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室 宏观非线性：材料特性、几何特性等 微观非线性：微摩擦、微动磨损、粘附等 固有非线性：初始应力、大位移、热传输效应等 机械非线性：

5、表面接触、大变形、非线性阻尼等 多能域耦合非线性：电、磁、热、光、化学等振动、冲击、噪声国家重点实验室设计要求系统级缩减级物理级制作级仿真检验振动、冲击、噪声国家重点实验室 动力学特性表述方法 简化的微分方程 非线性时变偏微分方程 动力学模型 微机械双稳态系统模型 非线性电容器模型 集中参数模型 弹簧阻尼质量系统模型 平板电容器模型 三维分段线性动力学模型 动力学分析方法 宏模型建模分析方法 Melnikov方法 等效电路方法 摄动法 非线性解耦分析算法 有限单元分析方法等振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室微机电系统的基本概况MEMS动力学问题研究微转子动力学问题研究

6、若干动力学问题的研究MEMS动力学研究展望振动、冲击、噪声国家重点实验室静电微电机磁感应微电机 超声微电机 电磁微电机步进微电机SDA微电机 摆式微电机 微 电 机 (Micromotor)振动、冲击、噪声国家重点实验室微型水压动力驱动器微型转子飞机微型Otto循环发动机 微型涡轮机微型发动机微型火箭发动机 微型燃气涡轮发电机 动力MEMS (Power MEMS)MEMS涡轮增压器 振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室美国喷气推进实验室(JPL)展示的采用MEMS技术的电阻电热式微推进器样机（液体气化方式）。微推进器由薄膜加热器、微型喷口等组成。其性能目标为：比冲75

7、125s，推力0.5mN，功率 5W，效率50%，质量为几克，大小为1cm2。微推进器 振动、冲击、噪声国家重点实验室美国喷气推进实验室(JPL)展示的采用MEMS技术的电阻电热式微推进器样机(固体升华方式)。其性能目标为：比冲5075s，推力0.5mN，功率 2W/mN，质量为几克，大小为1cm2。微推进器振动、冲击、噪声国家重点实验室直径: 1 mm高度: 1.5 mm重量: 12.5 mg最大转速: 18000 rpm最大力矩: 1.5 Nm直径1mm微马达上海交大研制的微马达 微尺度下的转子系统动力学建模和分析方法 微尺度下转子系统动力学及非线性特性问题 微尺度下转子系统的摩擦、磨损与

8、润滑问题 转子高速运动及机电耦合非线性动力学问题 转子系统振动测量与控制、稳定性分析问题 微尺度下的动态特性测试及可靠性技术问题 振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室 动力学模型可变电容三维场模型 平行板模型 独立模块模型 等效电路模型等 分析方法场电路分析方法 数值优化算法 自动有限元建模方法 运动模拟方法 重叠单元方法 场计算方法等 模拟软件与系统VHDL-AMS系统建模 mTORQUE与MICROTOR仿真 Spice与Saber静电仿真 ANSYS多能域仿真等振动、冲击、噪声国家重点实验室MEMS是人类科技发展过程一次重大技术整合微

9、电子、精密加工、传感器、执行器等技术? 微小型化、智能化、集成化、高可靠性MEMS能够完成真正意义上的微小型系统集成在芯片上实现了力、热、磁、化学到电的转变MEMS极大地改善了人类生存方式与生活质量大批量、低成本的微传感器、微热行器MEMS将会带动一个充满活力的产业迅速成长不是钢铁、汽车、微电子，而是微系统振动、冲击、噪声国家重点实验室2222000022111222rerrl WLVF V Vldl 静电力 电磁力22()22ABFILBl1113131311333444lld EbhVd EVd EVFlLl 压电力0fresidenceresidencem LHVmPower densitylVVtt 热动力0000/22aareactionbbERTERTaafuelfueltlA fuelOeA fuelOe 振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室振动、冲击、噪声国家重点实验室美国喷气推进实验室(JPL)展示的采用MEMS技术的电阻电热式微推进器样机（液体气化方式）。微推进器由薄膜加热器、微型喷口等组成。其性能目标为：比冲75125s，推力0.5mN，功率 5W，效率50%，质量为几克，大小为1cm2。微推进器