MEMS若干動力學問題研究3課件

Vol.(V)1stpair2ndpair3rdpairMinMaxMinMaxMinMax1000.050.05560.11390.12660.13460.14962000.10.11110.22780.25320.26910.29913000.150.16670.34180.37990.40370.44874000.20.22220.45560.50640.53820.5982

接觸應力

接觸應變4.3-固定軸承接觸問題研究(Ⅱ)振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.3微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問題研究(Ⅲ)

微尺度效應的影響

接觸壓力

接觸應力

接觸應變Captions:L---Scalefactor;C---Constant;

有限元模型Rotor-to-bearing-hubFEmodel振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.3微轉(zhuǎn)子-固定軸承接觸問題研究(Ⅳ)

接觸壓力、應力與應變

(a)(a)(b)(c)(b)(c)Notes:(a)---VonMisesstress(b)---VonMisesstrain(c)---contactpressureAppliedvoltageU=100V振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅰ)

動力學模型

碰摩力分析微轉(zhuǎn)子模型碰摩力模型振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅱ)

摩擦機理分析DryfrictionmechanismAdhesionDeformationElasticPlasticRoughsurfaceMultipleasperitiesSingleasperityNumericalFractalStatistical振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅲ)

摩擦模型庫侖摩擦模型微尺度分形摩擦模型振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅴ)

無碰摩狀態(tài)

穩(wěn)定性與分岔行為Routh-Hurwitz判據(jù)

特征方程

碰摩狀態(tài)分岔條件

特征方程

振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅵ)

穩(wěn)定性與分岔行為分析阻尼-頻率比

摩擦系數(shù)-頻率比

定轉(zhuǎn)子間隙-頻率比

振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室注:(1)穩(wěn)定區(qū)；(2)不穩(wěn)定區(qū)；(3)不穩(wěn)定區(qū)，但解是穩(wěn)定的振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅶ)

非線性動力學行為

轉(zhuǎn)速的影響

振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅷ)

阻尼系數(shù)的影響4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅷ)

分形尺度的影響(a)D=1.2;(b)D=1.6振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.4微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩動力學特性分析(Ⅷ)

尺度長度的影響振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室A.階梯滑行軸承潤滑特性分析(Ⅰ)ForKn<0.001,thecontinuumhypothesisisappropriateandtheflowcanbeanalyzedusingtheNavier-StokesequationsFor0.001<Kn<0.1,rarefactioneffectsstarttoinfluencetheflowBeyondKn=0.1,thecontinuumassumptionoftheNavier-StokesequationsbeginstobreakdownForKn>10,thecontinuumapproachbreaksdowncompletelyandtheregimecanbedescribedasbeingafreemolecularflow振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室A.階梯滑行軸承潤滑特性分析(Ⅱ)階梯型軸襯示意圖靜電微電機橫截面示意圖

階梯滑行軸承模型振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室連續(xù)流區(qū)Reynolds方程

高階滑流速度邊界條件滑流速度

修正的Reynolds方程

A.階梯滑行軸承潤滑特性分析(Ⅲ)

修正的Reynolds方程振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室A.階梯滑行軸承潤滑特性分析(Ⅴ)

壓力分析Bearingnumber=50;X_step=0.4LBearingnumber=10

承載能力Relationbetweenloadcarryingcapacitywithspacing振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室B.徑向氣體軸承潤滑特性分析(Ⅰ)

滑流邊界條件分析一階滑移速度邊界條件

氣體分子運動示意簡圖

偏心量0.5~0.9努森數(shù)0.011~0.053(0.01~10)振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室B.徑向氣體軸承潤滑特性分析(Ⅱ)

數(shù)學模型

微轉(zhuǎn)子-氣體軸承模型

修正Reynolds方程振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室B.徑向氣體軸承潤滑特性分析(Ⅳ)

壓力分布

無滑流情況

有滑流情況B.徑向氣體軸承潤滑特性分析(Ⅴ)

偏心量對承載能力的影響振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室B.徑向氣體軸承潤滑特性分析(Ⅵ)

轉(zhuǎn)速對承載能力的影響振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.7電磁薄膜微電機振動測試實驗分析(Ⅰ)2mm與6mm電機6mm電機2mm電機振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室測試系統(tǒng)振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.7電磁薄膜微電機振動測試實驗分析(Ⅱ)

測試系統(tǒng)簡圖模擬信號控制器頻譜分析儀PC及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)CCD激光位移傳感器振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.7電磁薄膜微電機振動測試實驗分析(Ⅲ)6mm電機測試光帶式測量

光束式測量

2mm電機測試振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.7電磁薄膜微電機振動測試實驗分析(Ⅳ)6mm電機振動特性63.8Hz

27.5Hz

8.8Hz

振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室4.7電磁薄膜微電機振動測試實驗分析(Ⅴ)2mm電機振動特性35.0Hz

28.8Hz

6.3Hz

51.3Hz

摩擦影響越來越嚴重!概要(Outline)振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室微機電系統(tǒng)的基本概況MEMS動力學問題研究微轉(zhuǎn)子動力學問題研究若干動力學問題的研究MEMS動力學研究展望5MEMS動力學研究展望(Ⅰ)

建立MEMS的基礎理論體系研究微型執(zhí)行器動力學特性研制新MEMS動力驅(qū)動系統(tǒng)提出新設計和加工制造工藝實現(xiàn)對MEMS的智能化控制開發(fā)MEMS的實驗檢測系統(tǒng)拓寬MEMS的實際應用領域培養(yǎng)MEMS相關的專業(yè)人才

MEMS研究展望振動、沖擊、噪聲國家重點實驗室5MEMS動力學研究展望(Ⅱ)

微轉(zhuǎn)子動力學研究展望

微旋轉(zhuǎn)動力機械的研究多種驅(qū)動方式微旋轉(zhuǎn)機械的研制；設計與加工制造方法的創(chuàng)新；微軸承的動力潤滑特性研究；微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)可靠性分析；實驗檢測系統(tǒng)的開發(fā)等微流體理論和技術的研究微型流動系統(tǒng)的研究和開發(fā)；微流體動力學方程建立和流動規(guī)律的研究；微尺度流動的表面效應、輸運特性和動力特性的研究；微流體動力學方程的建立等微觀摩擦學的研究微摩擦和潤滑機理的深入研究；各種可控有序分子膜的研制及性能研究；微尺度滑動磨損研究等微結構粘附問題的研究粘附現(xiàn)象的物理機制；研究不同材料、結構形式的粘附現(xiàn)象；尋找預防粘附