微機電耦閤動力學 [Coupled Dynamics of MEMS] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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許立忠，孫麗波 著

圖書標籤:

• 微機電係統
• MEMS
• 耦閤動力學
• 動力學
• 振動
• 建模
• 仿真
• 控製
• 微納技術
• 傳感器
• 執行器

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118100532

版次：1

商品編碼：11734345

包裝：平裝

叢書名： 微米納米技術叢書 ，

外文名稱：Coupled Dynamics of MEMS

開本：16開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

頁數：303

字數：350000

正文語種：中文

內容簡介

　　《微機電耦閤動力學》主要介紹MEMs典型構件機電耦閤及機電流體耦閤動力學的相關理論與應用。《微機電耦閤動力學》共分12章，主要內容包括：微機電係統及微機電係統動力學問題的發展與應用現狀；靜電驅動微闆、微梁機電耦閤動力學理論；靜電驅動微闆、微梁機電耦閤非綫性動力學理論；考慮壓膜阻尼的微梁機電流體耦閤動力學理論；諧振式微型壓力傳感器敏感性分析；靜電微泵泵膜動力學、流量及結構優化分析；靜電驅動微闆動力學實驗測試。
　　《微機電耦閤動力學》可供高等院校微電子、機電一體化等專業的師生閱讀，也可作為從事微機電係統工程設計開發的研究生和科研技術人員參考。

目錄

第1章 緒論
1.1 MEMS概述
1.2 MEMS在軍事領域的應用
1.3 微構件動力學研究

第2章 微梁機電耦閤振動
2.1 微梁機電耦閤模型建立
2.2 靜電力分析
2.3 懸臂式微梁機電耦閤自由振動
2.3.1 靜態位移求解
2.3.2 動態分析
2.4 彈性支撐微梁機電耦閤自由振動
2.4.1 靜態位移求解
2.4.2 動態分析
2.5 懸臂式微梁機電耦閤受迫振動
2.5.1 簡諧受迫振動
2.5.2 共振分析
2.6 彈性支撐微梁機電耦閤受迫振動
2.6.1 簡諧受迫振動
2.6.2 共振分析
2.7 實例計算及分析
2.7.1 懸臂式微梁
2.7.2 彈性支撐微梁

第3章 微梁機電耦閤非綫性動力學
3.1 弱非綫性係統的自由振動
3.2 接近共振的受迫振動
3.3 遠離共振的受迫振動
3.4 實例計算及分析
3.4.1 弱非綫性係統自由振動分析
3.4.2 接近共振的受迫振動分析
3.4.3 遠離共振的受迫振動分析

第4章 微梁機電流體耦閤自由振動
4.1 微梁機電流體耦閤模型建立
4.1.1 振動方程
4.1.2 空氣擠壓膜阻尼
4.1.3 係統動靜態方程
4.2 微梁機電流體耦閤自由振動
4.2.1 靜態位移求解
4.2.2 動態分析
4.3 實例計算及分析
4.3.1 位移振動響應分析
4.3.2 電場、壓力場振動響應分析
4.3.3 靈敏度分析

第5章 微梁機電流體耦閤受迫振動
5.1 受迫振動方程的建立
5.2 受迫振動求解
5.3 實例計算及分析
5.3.1 共振分析
5.3.2 靈敏度分析

第6章 微闆機電耦閤振動
6.1 微闆機電耦閤模型建立
6.2 四邊筒支微闆機電耦閤自由振動
6.2.1 靜態位移求解
6.2.2 動態分析
6.3 對邊簡支對邊固定微闆機電耦閤自由振動
6.3.1 靜態位移求解
6.3.2 動態分析
6.4 三邊簡支一邊自由微闆機電耦閤自由振動
6.4.1 靜態位移求解
6.4.2 動態分析
6.5 四邊簡支微闆機電耦閤受迫振動
6.5.1 簡諧電壓激勵
6.5.2 簡諧外載荷激勵
6.5.3 簡諧電壓和簡諧外載荷共同激勵
6.6 對邊簡支對邊固定微闆機電耦閤受迫振動
6.6.1 簡諧電壓激勵
6.6.2 簡諧外載荷激勵
6.6.3 簡諧電壓和簡諧外載荷共同激勵
6.7 三邊簡支一邊自由微闆機電耦閤受迫振動
6.8 微闆機電耦閤自由振動實例計算及分析
6.8.1 四邊簡支微闆
6.8.2 對邊簡支對邊固定微闆
6.8.3 三邊簡支一邊自由微闆
6.9 微闆機電耦閤受迫振動實例計算及分析
6.9.1 簡諧電壓激勵下的受迫響應分析
6.9.2 簡諧電壓和簡諧外載荷共同作用下的微闆動態響應分析
6.9.3 簡諧電壓激勵下的共振分析
6.9.4 簡諧電壓和簡諧外載荷共同激勵下的共振分析

第7章 微闆機電耦閤非綫性動力學
7.1 弱非綫性係統自由振動
7.1.1 非綫性靜電場力
7.1.2 係統非綫性動力學方程
7.1.3 廣義時間函數及幅頻響應特性
7.2 接近共振的受迫振動
7.3 遠離共振的受迫振動
7.4 實例計算及分析
7.4.1 工作電壓與靜態平均位移
7.4.2 頻率特性
7.4.3 時域動態響應
7.4.4 幅頻響應特性
7.4.5 係統影響因素分析

第8章 諧振式壓力傳感器敏感性分析
8.1 靈敏度近似計算方法
8.1.1 壓力膜彎麯
8.1.2 靈敏度分析
8.1.3 靈敏度影響因素分析
8.2 不同結構諧振式壓力傳感器
8.2.1 固支結構
8.2.2 跳闆結構
8.2.3 半島結構
8.3 改進的靈敏度計算方法
8.3.1 半島結構壓力應力關係分析
8.3.2 靈敏度解析式的推導
8.4 兩種方法的比較

第9章 靜電微泵泵膜的振動分析
9.1 靜電微泵的模型及泵膜的振動方程
9.2 泵膜的自由振動
9.3 泵膜在偏置電壓下的靜態位移
9.4 防止靜電吸閤的條件
9.5 微泵機電流體耦閤動力學模型及壓膜阻尼
9.6 偏置電壓下泵膜的振動方程
9.7 偏置電壓下泵膜的自由振動
9.7.1 自由振動微分方程的求解
9.7.2 頻率特性
9.7.3 廣義坐標
9.8 偏置電壓下泵膜的受迫振動
9.8.1 受迫振動微分方程的求解
9.8.2 接近共振的受迫振動
9.8.3 遠離共振的受迫振動
9.9 實例計算及分析
9.9.1 係統結構參數
9.9.2 泵膜靜態位移分析
9.9.3 泵膜的自由振動分析
9.9.4 泵膜接近共振的受迫振動分析
9.9.5 泵膜遠離共振的受迫振動分析

第10章 微泵流量分析
10.1 無閥微泵的工作原理
10.2 擴散口和收縮口的性能分析
10.3 微泵流量分析
10.3.1 阻尼比的確定
10.3.2 流量計算
10.3.3 瞬時流量計算
10.4 微泵流量影響因素分析
10.4.1 遠離共振
10.4.2 接近共振
10.4.3 流量影響麯綫
10.4.4 結果分析

第11章 微泵結構參數的優化
11.1 優化設計的數學模型
11.2 靜電微泵優化問題的簡化
11.3 靜電微泵的優化
11.4 ANSYS仿真分析
11.4.1 泵膜自由振動模態仿真
11.4.2 泵膜結構靜電耦閤變形仿真

第12章 靜電驅動微闆動力學實驗
12.1 實驗測試原理
12.2 微動實驗平颱的設計與製造
12.2.1 主要設計要求
12.2.2 結構設計
12.3 簡諧激勵下微闆動力學實驗
12.3.1 共振區域檢測
12.3.2 微闆動力學實驗
12.3.3 實驗結果與理論值分析比較
參考文獻

精彩書摘

　　《微機電耦閤動力學》：
　　（4）微組裝、微封裝、微集成和微測試技術。微組裝技術到目前為止還被認為是比較難的或至今尚未很好解決的關鍵技術，有待於進一步研究。目前主要的方法仍是將加工和組裝一體化，即從元器件到産品要經過微電子綫路、微電子器件、MEMS、完整係統四個層次的組裝。組裝之後需要對微機電係統封裝，微封裝方法有阻尼控製封裝、多芯片封裝、矽一玻璃的靜電封裝等，這些也是MEMS關鍵技術之一。微係統集成主要涉及微傳感器、微執行器與控製單元的集成。目前，多傳感器係統、多層信息處理係統等的發展使傳感器、執行器和微電子接口有機地結閤成新型MEMS器件。MEMS器件的測試比集成電路器件復雜得多，後者通過加電方式批量測試，而前者不僅要測試電氣性能，還要測試模擬各種物理環境下的振動、加速度、慣性等機械特性。測試內容包括材料性能測試、加工工藝參數測試、功能測試等。缺乏自動化的測試設備給批量測試帶來瞭很大的挑戰。
　　微型機電係統不是傳統機械或電子係統簡單的幾何縮小。當結構尺寸達到微米甚至納米尺度以後會産生許多新的物理現象。因此，MEMS與傳統的宏觀尺寸的機械或電子係統在建模與仿真上存在很大差彆。在進行MEMS分析時會遇到一些新問題，歸納起來有以下幾點。
　　（1）多物理場的耦閤。MEMS技術的發展趨勢是多學科的交叉滲透，涉及微機械學、微電子學、微光學及微材料力學等。各種物理場，如熱、光、流體、電磁和機械場等相互作用，使得MEMS的分析變得復雜，多物理場的耦閤是MEMS分析麵臨的主要問題。
　　（2）材料特性的變化。材料尺寸小到一定程度時，其尺寸效應就會錶現齣來，齣現瞭與大尺寸材料截然不同的性能。除瞭尺寸效應外，由於MEMS器件的製備方法與大尺寸零件不同，引起瞭材料性能的差異，如抗拉強度、斷裂韌性和殘餘應力等均有變化。此外，MEMS的多物理場耦閤特性也使得描述材料參數時變得睏難。因此，MEMS的材料和大尺寸材料即使在構成元素上相同，也應認為它們是完全不同的材料。
　　（3）依賴快速有效的算法及高性能的計算機。由於MEMS器件是復雜的三維結構，且敏感元件與整體部分的幾何尺寸往往相差幾個數量級，加之MEMS的多物理場耦閤特點，使得MEMS的分析計算量極大，不僅耗時長，而且要求較大的內存，因此要求快速有效的算法和高性能的計算機。有時不得不通過簡化和降階的方法纔能完成計算。
　　（4）原子尺度模擬。MEMS的敏感元件尺寸有時在亞微米量級或更小，在這種尺度下，連續介質的理論不再適用或使用連續介質的方法不能得到滿意的結果，這時就要采用原子尺度的建模仿真方法來獲得準確的仿真結果。
　　……

前言/序言

機械係統非綫性動力學與振動控製 作者： [此處填寫作者姓名] 齣版社： [此處填寫齣版社名稱] 齣版日期： [此處填寫齣版日期] --- 內容簡介 本書深入探討瞭復雜機械係統中普遍存在的非綫性動力學行為、耦閤振動現象及其先進的振動控製策略。全書基於嚴謹的理論分析和豐富的工程實例，旨在為讀者提供一個全麵、深入且實用的非綫性係統動力學知識體係。 隨著現代工程對係統性能、可靠性和小型化要求的不斷提高，傳統的綫性係統模型已難以準確描述和預測復雜機械設備（如高速鏇轉機械、大型結構、精密儀器等）的工作狀態。本書重點聚焦於機械係統中的非綫性特性，包括由摩擦、間隙、彈性元件的非綫性剛度、以及結構幾何非綫性引起的振動行為，並通過係統的分析方法揭示這些非綫性如何導緻復雜的動力學現象，例如跳振、多周期振動、混沌、以及軟/硬激勵下的響應變化。 全書結構清晰，從基礎理論齣發，逐步深入到高級分析方法和工程應用。 第一部分：非綫性動力學基礎與建模 本部分首先迴顧瞭經典力學和振動學的基本原理，隨後詳細介紹瞭構建非綫性動力學模型的關鍵技術。重點內容包括： 1. 非綫性係統的數學描述： 闡述瞭引入非綫性項的微分方程形式，重點分析瞭遲滯、庫侖摩擦、間隙約束等常見非綫性源的數學錶徵。 2. 自由振動分析： 探討瞭如何確定非綫性係統的平衡點、極限環，並利用相平麵分析法對低階係統進行定性研究。對於高階係統，則側重於多尺度法、平均場法等近似解析方法，用以揭示振動幅值和頻率隨參數變化的規律。 3. 強迫振動與非綫性共振： 詳細分析瞭外部激勵（如周期性或隨機激勵）作用下非綫性係統的響應特性。特彆關注瞭非綫性頻率響應麯綫的特性，如存在“彎麯”現象，以及如何理解和利用跳振（Jump Phenomenon）的發生條件。 第二部分：係統耦閤振動分析與穩定性 現代機械設備往往由多個部件或子係統通過力、能量、或信號進行交互作用。本部分著重於分析係統內部或係統間的能量交換和相互影響。 1. 多自由度非綫性係統： 擴展到具有多個關聯自由度的係統，討論模態耦閤與非綫性能量轉移。分析瞭不同振動模式之間如何通過非綫性項相互影響，導緻能量在不同頻率成分間持續或間歇地轉移。 2. 參數激勵與穩定性分析： 探討瞭係統參數（如剛度、阻尼）隨時間周期性變化的係統，即參數激勵係統的動力學特性。引入Floquet理論對係統的穩定性進行嚴格判斷，識彆齣係統的參數共振區（Mathieu區），並解釋瞭這些現象在鏇轉機械不平衡、結構受力變化等工程問題中的體現。 3. 隨機激勵下的非綫性響應： 考慮實際工況中隨機擾動的影響，介紹隨機平均法和Fokker-Planck-Kolmogorov（FPK）方程在非綫性隨機係統中的應用，用以評估係統在高頻噪聲下的長期行為和可靠性。 第三部分：先進振動控製理論與技術 基於對非綫性動力學特性的深入理解，本書提齣瞭多種針對性強的振動抑製與控製策略，旨在實現對復雜係統振動的精確調控。 1. 非綫性振動抑製方法： 介紹瞭調諧質量阻尼器（TMD）的非綫性優化設計，探討瞭如何利用負剛度或負阻尼元件來拓寬或改變係統的振動響應特性。深入討論瞭自適應控製在跟蹤時變非綫性係統方麵的應用。 2. 反饋控製與混沌控製： 重點闡述瞭狀態反饋和輸齣反饋在綫性/非綫性係統中的設計，特彆是如何利用Lyapunov穩定性理論來設計魯棒的控製器。對於係統進入混沌狀態的情況，介紹瞭PPD控製（基於周期性擾動）和OGY方法等有效的混沌控製技術，旨在將係統狀態導嚮期望的周期軌道。 3. 智能控製與優化： 涵蓋瞭基於智能算法的振動控製，如遺傳算法（GA）和粒子群優化（PSO）在尋找最優控製參數和抑製非綫性振動方麵的應用。同時，探討瞭模態解耦與振動隔離在復雜機械係統中的集成設計。 本書特點： 深度與廣度並重： 內容覆蓋瞭從基礎非綫性建模到高級控製策略的完整鏈條。 理論與工程結閤： 每一理論分析後都輔以相關的機械工程、土木工程或航空航天領域的實際案例，增強可理解性和應用價值。 數學工具完備： 提供瞭進行高階非綫性係統分析所需的必要數學工具和計算方法。 本書適閤高等院校機械工程、力學、航空航天、控製科學等專業的研究生、高年級本科生作為教材或參考書，同時也為從事振動、可靠性、結構動力學設計與分析的工程技術人員提供瞭寶貴的參考資料。通過研讀本書，讀者將能掌握分析和解決復雜機械係統中的非綫性振動問題的核心能力。

評分☆☆☆☆☆

剛看到《微機電耦閤動力學》這個書名，我的腦海裏立刻勾勒齣一幅畫麵：無數微小的齒輪、彈簧、懸臂梁在納米尺度上精準地咬閤、振動，它們之間不是孤立的存在，而是像一個精密的生物體，相互牽製，又相互促進，共同完成著某種特定的任務。我一直對科學研究中的“係統性”和“整體觀”著迷，而微機電係統（MEMS）正是這種理念的絕佳體現。這本書的標題直接點明瞭“耦閤動力學”這個關鍵主題，這讓我産生瞭極大的興趣。我好奇的是，當這些微小的機械部件之間存在能量、動量或信息的傳遞時，它們的運動規律會發生怎樣的變化？是否會有共振、阻尼、非綫性效應等更為復雜的動力學現象齣現？我特彆想知道，書中是否會深入探討這些耦閤效應如何影響MEMS器件的性能，例如傳感器的精度、執行器的響應速度，甚至是係統的穩定性。如果能看到一些實際案例的分析，比如微流控芯片中液體的流動與結構振動的耦閤，或者慣性傳感器中質量塊與壓電梁的耦閤，那就更好瞭。這本書的名字本身就充滿瞭科學的嚴謹性和探索的吸引力，我預感它將是一本能夠深入理解MEMS技術本質的必讀之作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的名字聽起來就很有分量，“微機電耦閤動力學”，光是這個名字就讓我聯想到那些精密復雜的微型設備，它們內部的運動原理一定充滿著令人著迷的奧秘。我一直對那些我們肉眼幾乎看不見的機械係統如何協同工作，産生齣令人驚嘆的功能感到好奇。想象一下，傳感器如何感應外界的細微變化，然後通過內部微小的機械結構進行信號轉換和傳遞，最後執行相應的指令，這整個過程無疑是工程學的智慧結晶。我特彆感興趣的是，當多個微型部件的運動相互影響時，會産生怎樣的動力學效應？是簡單疊加，還是會湧現齣意想不到的復雜行為？書名中的“耦閤”二字，恰恰點齣瞭這種相互作用的本質，這使得我迫切地想要瞭解其背後的數學模型、物理原理，以及如何對其進行分析和預測。這本書或許能夠為我揭示微機電係統設計的核心挑戰，以及如何剋服這些挑戰，創造齣更高效、更可靠的微型器件。我期待這本書能帶我進入一個充滿微觀奇跡的世界，讓我領略工程學的精妙之處，並或許能激發我對未來微機電技術發展方嚮的思考。

評分☆☆☆☆☆

當我在書架上瞥到《微機電耦閤動力學》這個書名時，我的好奇心瞬間被點燃瞭。我對那些能夠實現如此精妙功能的微型機械裝置一直充滿敬畏，而“耦閤動力學”這個詞組更是直接觸及瞭問題的核心。我一直在想，在一個如此微小的空間裏，當各種機械部件相互作用時，它們的運動軌跡和狀態會如何受到彼此的影響？是不是存在一些我們平時難以察覺的、但至關重要的能量傳遞和反饋機製？這本書的標題暗示瞭它將深入探討的正是這些相互作用的奧秘，這讓我非常期待。我非常希望書中能夠解釋清楚，這些耦閤效應是如何影響MEMS器件的整體性能，比如，微型緻動器在施加外力時，其自身的振動是否會影響其精準度，或者微型傳感器在監測某一物理量時，其內部結構的微小形變是否會與其他組件産生連鎖反應。如果作者能夠通過生動的圖示和清晰的邏輯，為我揭示這些復雜動力學背後的原理，並介紹一些分析和優化這些耦閤效應的方法，那將是非常寶貴的知識。這本書的名字本身就充滿瞭科學的吸引力，我預感它將是我瞭解MEMS技術深層運作機製的一把金鑰匙。

評分☆☆☆☆☆

《微機電耦閤動力學》——這個書名本身就散發著一種精密、前沿的科技氣息。我一直對微機電係統（MEMS）在現代科技中的廣泛應用感到驚嘆，從智能手機中的傳感器到醫療領域的微型手術器械，它們的身影無處不在。然而，我常常思考，這些微小器件是如何實現如此復雜的運動和功能的？特彆是“耦閤動力學”這個概念，它直接點齣瞭我一直以來感興趣的核心：當微小的機械部件相互作用時，它們之間的運動是否會相互影響，産生連鎖反應？我渴望瞭解，在這種微觀尺度下，能量、動量和信息是如何在不同的機械元件和電信號之間傳遞和轉化的。這本書的標題讓我期待，它能深入淺齣地闡述這些耦閤效應的物理機製，並且或許能提供一些分析和設計MEMS器件時，如何考慮和利用這些耦閤效應的具體方法。我特彆想知道，當這些耦閤效應被有效利用時，能否實現更強大的功能，或者當它們不被妥善處理時，又會對器件的性能造成怎樣的負麵影響。這本書的名稱預示著它將是一次深入微觀世界動力學奧秘的旅程，我迫不及待地想要翻開它，去探索那些肉眼看不見的精密運動。

評分☆☆☆☆☆

《微機電耦閤動力學》——這個名字一齣現，就讓我聯想到瞭那些精密得令人難以置信的微型儀器，它們如同人類身體裏的細胞或器官一般，各自承擔著獨特的職能，又協同運作，構成一個復雜的整體。我一直以來都對工程技術中那些“化繁為簡，以小見大”的設計哲學感到由衷的欽佩，而MEMS技術無疑是其中的佼佼者。書名中的“耦閤動力學”更是抓住瞭核心，我一直在思考，當這些微觀的機械結構在工作時，它們彼此之間的影響有多大？是像幾颱獨立的機器，各自運行，還是會像潮水一樣，此起彼伏，相互影響，甚至産生新的、更復雜的動力學行為？我尤其想知道，作者是否會深入淺齣地講解這些耦閤效應在實際MEMS器件設計中的體現，例如，一個微型麥剋風在接收聲音時，其振膜的振動是否會反過來影響內部的電子電路，或者一個微型陀螺儀的鏇轉運動如何與傳感器的電信號耦閤。如果書中能提供一些具體的數學模型和仿真方法，來量化這些耦閤效應，那就更是一大驚喜。這本書的名字讓我充滿瞭對微觀世界裏復雜運動規律的期待，我想它一定能幫助我更深刻地理解MEMS技術的精髓。