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《微傾斜懸臂梁在振動沖擊載荷下的可靠性分析》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文微傾斜懸臂梁在振動沖擊載荷下的可靠性分析姓名：李孝濤申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：機(jī)械工程指導(dǎo)教師：陶俊勇2010-11國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文摘要近年來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystems,MEMS）的迅猛發(fā)展和應(yīng)用，MEMS可靠性問題已成為其實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化亟待解決的重要課題之一。在軍事裝備、航天等應(yīng)用領(lǐng)域中，振動沖擊載荷可能導(dǎo)致MEMS結(jié)構(gòu)的斷裂、粘附以及疲勞破壞，因此要求MEMS能夠承受較強(qiáng)的振動沖擊載荷。微懸臂梁作為MEMS的基本構(gòu)件之一，廣泛應(yīng)用于各種微
2、器件與微系統(tǒng)中，其可靠性問題直接關(guān)系到MEMS的性能指標(biāo)和功能。因此開展微懸臂梁在振動沖擊載荷下的失效規(guī)律與特性研究，是MEMS可靠性研究領(lǐng)域的重要內(nèi)容。本文以某新型微陀螺的重要構(gòu)件硅微傾斜懸臂梁為對象，從理論分析、有限元仿真、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三個(gè)方面較系統(tǒng)地研究了其受振動沖擊載荷下的可靠性問題。（1）論文首先分析了微傾斜懸臂梁非對稱橫截面的力學(xué)特性，并進(jìn)行了靜力分析。理論分析和有限元仿真的結(jié)果驗(yàn)證了基于ANSYS軟件仿真的微傾斜懸臂梁分析在工程中的可行性和有效性。（2）運(yùn)用梁結(jié)構(gòu)彎曲振動理論，將懸臂梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)簡化為懸臂梁末端附加集中質(zhì)量，得出
3、了在簡諧振動下的位移響應(yīng)。利用有限元仿真對微傾斜懸臂梁進(jìn)行了頻響應(yīng)分析，結(jié)果顯示：當(dāng)振動頻率低于微傾斜懸臂梁的固有頻率時(shí)，微傾斜懸臂梁的應(yīng)力水平和振幅都很小，滿足可靠性要求；然而當(dāng)振動頻率接近其固有頻率時(shí)，微傾斜懸臂梁末端位移急劇上升，可能導(dǎo)致質(zhì)量塊與基底發(fā)生粘附失效或同側(cè)壁發(fā)生接觸而破碎。（3）基于準(zhǔn)靜態(tài)原理運(yùn)用振動理論分析了微傾斜懸臂梁在沖擊載荷下的動態(tài)響應(yīng)，結(jié)果表明當(dāng)沖擊脈沖頻率和微傾斜懸臂梁的固有頻率相當(dāng)時(shí)，微傾斜懸臂梁末端產(chǎn)生最大位移和根部產(chǎn)生最大應(yīng)力發(fā)生是在強(qiáng)迫振動階段。進(jìn)一步利用有限元仿真驗(yàn)證了上述結(jié)論，研究表明微傾斜懸臂梁在
4、沖擊載荷下滿足一定的強(qiáng)度可靠性要求，并可能產(chǎn)生另一個(gè)失效模式粘附失效。（4）為驗(yàn)證理論分析和有限元仿真的有效性和正確性，設(shè)計(jì)了典型的微傾斜懸臂梁微結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合論文的理論研究和仿真分析結(jié)論，對微傾斜懸臂梁在不同加工工藝下的可靠性設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。綜上所述，基于以上研究解決了微傾斜懸臂梁在振動沖擊載荷下的動態(tài)響應(yīng)問題，為提高某新型微陀螺的可靠性提供了理論依據(jù)，并對MEMS可靠性設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：微傾斜懸臂梁振動與沖擊可靠性MEMS動態(tài)特性有限元仿真第I頁國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文ABSTR
5、ACTNowwiththerapiddevelopmentofMEMS,thereliabilityhasalreadybecometooneofthekeyissueforitsapplicationandindustrialization.Weknowvibrationandshockisatypicalserviceenvironment,Suchasvariousvibration,impactandshockduringtransportandservice,especiallyinthemilitaryandaerospacei
6、ndustry,takingmorerequirementstowithstandstrongloads.MEMSundervibratingandshockloadmayfailinseveraldifferentmodesincludingfracture,stiction,delamination,wearandsoon.OfacantileverwhichisthefundamentalelementofMEMSandiswidelyusedinmicrostructuressuchasmicromachinedgyroscope,
7、microaccelerometer,microsensor,andsoon.InthepapertheMEMSreliabilityinvibrationandshockenvironmentisstudiedbytheoryanalysis,ANSYSsimulation,andexperimentbytakingtheexampleoftheslantedmicrocantilever,whichisusedinanovelmicro-machinedgyroscope.Themainresearchcontentinthefollo
8、wingaspects:1.Asthefirststepweanalysisthebendingspindleazimuth,spindleofinertiaandbending
