不同电压下静电驱动膜片弹性变形分析.pdfVIP

第29卷第4期 上 海 电 力 学 院 学 报 Vo1．29．No．4 2013年 8月 Journal of Shanghai University of Electric Power Aug． 2013 DOI：10．3969／j．issn．1006—4729．2013．04．006 不同电压下静 电驱动膜片弹性变形分析 辛 超，李丽伟 (上海电力学院 能源与机械工程学院，上海 200090) 摘 要 ：基于静电场和弹性薄板理论，建立了周边固支边界条件下静电驱动圆膜弯曲的理论模型，同时对比两 种情况得出了在不同驱动电压下的位移分析．通过计算实例获得了其结构的振动振型、谐振频率及极限加载 电压，利用Ansys软件针对静电驱动结构的振动进行了模态分析，得到了其振动模态振型和固有频率． 关键词 ：微机电系统 ；静电驱动；膜片；弹性变形；薄板理论 中图分类号 ：TH703．1；TM38 文献标志码：A 文章编号：1006—4729(2013)40 —0330—03 ElasticDeformationAnalysisofElectrostaticDriving StructureinDifferentVoltage XIN Chao，LILiwei (SchoolofEnergyandMechanicalEngineering，ShanghaiUniversityof ElectricPower，Shanghai 200090，China) Abstract： Basedon theelectrostaticfield and the theory ofelasticthinplate．electrostatically actuatedcircularmembranehteoreticalmodelisbuilt，whichisestablishedintheclampedboundary conditions．Athtesametime，htetwokindsofsituationraecomparedto obtain the displacement analysisindifferentvoltage．Throughthecalculationexamplethestructurevibrationtype，resonant frequencyandlimitloadvoltageraeobtained．UsingAnsyssoftwraeforelectrostaticdrivestructure vibrationmodalanalysis，thevibrationmodalshapesanditsfrequencyareobtained． Keywords： MEMS；electrostaticdrive；mebrane；elasticdeformation；thinelasticplatetheory 微机电系统技术 (MEMS)作为20世纪80年 用下的微结构处于动态载荷的作用之下，构成了 代发展起来的前沿性、多学科交叉的高科技技术， 一 个动态问题，仅仅在静力学上对其进行分析研 具有体积小、质量轻、能耗低、响应快、智能化，以 究是不够的，无法揭示在外载荷作用下结构所表 及可大批量生产等特点 ¨．静 电驱动是 MEMS中 现出来的运动特性，因此对微结构给予动力学上 应用最广、最典型的动力驱动之一 J，是一种使 的分析是必要的，它是设计和分析微结构的关键 电能转换成机械能的方法，如静电微电机、静电微 内容之一． 阀、静电谐振器等．静电力存在着固有非线性 ，与 研究静电驱动微结构的动力学特性，把握静 结构的弹性