《微机电耦合动力学》主要介绍MEMs典型构件机电耦合及机电流体耦合动力学的相关理论与应用。《微机电耦合动力学》共分12章，主要内容包括：微机电系统及微机电系统动力学问题的发展与应用现状；静电驱动微板、微梁机电耦合动力学理论；静电驱动微板、微梁机电耦合非线性动力学理论；考虑压膜阻尼的微梁机电流体耦合动力学理论；谐振式微型压力传感器敏感性分析；静电微泵泵膜动力学、流量及结构优化分析；静电驱动微板动力学实验测试。
　　《微机电耦合动力学》可供高等院校微电子、机电一体化等专业的师生阅读，也可作为从事微机电系统工程设计开发的研究生和科研技术人员参考。

　　《微机电耦合动力学》：
　　（4）微组装、微封装、微集成和微测试技术。微组装技术到目前为止还被认为是比较难的或至今尚未很好解决的关键技术，有待于进一步研究。目前主要的方法仍是将加工和组装一体化，即从元器件到产品要经过微电子线路、微电子器件、MEMS、完整系统四个层次的组装。组装之后需要对微机电系统封装，微封装方法有阻尼控制封装、多芯片封装、硅一玻璃的静电封装等，这些也是MEMS关键技术之一。微系统集成主要涉及微传感器、微执行器与控制单元的集成。目前，多传感器系统、多层信息处理系统等的发展使传感器、执行器和微电子接口有机地结合成新型MEMS器件。MEMS器件的测试比集成电路器件复杂得多，后者通过加电方式批量测试，而前者不仅要测试电气性能，还要测试模拟各种物理环境下的振动、加速度、惯性等机械特性。测试内容包括材料性能测试、加工工艺参数测试、功能测试等。缺乏自动化的测试设备给批量测试带来了很大的挑战。
　　微型机电系统不是传统机械或电子系统简单的几何缩小。当结构尺寸达到微米甚至纳米尺度以后会产生许多新的物理现象。因此，MEMS与传统的宏观尺寸的机械或电子系统在建模与仿真上存在很大差别。在进行MEMS分析时会遇到一些新问题，归纳起来有以下几点。
　　（1）多物理场的耦合。MEMS技术的发展趋势是多学科的交叉渗透，涉及微机械学、微电子学、微光学及微材料力学等。各种物理场，如热、光、流体、电磁和机械场等相互作用，使得MEMS的分析变得复杂，多物理场的耦合是MEMS分析面临的主要问题。
　　（2）材料特性的变化。材料尺寸小到一定程度时，其尺寸效应就会表现出来，出现了与大尺寸材料截然不同的性能。除了尺寸效应外，由于MEMS器件的制备方法与大尺寸零件不同，引起了材料性能的差异，如抗拉强度、断裂韧性和残余应力等均有变化。此外，MEMS的多物理场耦合特性也使得描述材料参数时变得困难。因此，MEMS的材料和大尺寸材料即使在构成元素上相同，也应认为它们是完全不同的材料。
　　（3）依赖快速有效的算法及高性能的计算机。由于MEMS器件是复杂的三维结构，且敏感元件与整体部分的几何尺寸往往相差几个数量级，加之MEMS的多物理场耦合特点，使得MEMS的分析计算量极大，不仅耗时长，而且要求较大的内存，因此要求快速有效的算法和高性能的计算机。有时不得不通过简化和降阶的方法才能完成计算。
　　（4）原子尺度模拟。MEMS的敏感元件尺寸有时在亚微米量级或更小，在这种尺度下，连续介质的理论不再适用或使用连续介质的方法不能得到满意的结果，这时就要采用原子尺度的建模仿真方法来获得准确的仿真结果。
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第1章 绪论
1.1 MEMS概述
1.2 MEMS在军事领域的应用
1.3 微构件动力学研究

第2章 微梁机电耦合振动
2.1 微梁机电耦合模型建立
2.2 静电力分析
2.3 悬臂式微梁机电耦合自由振动
2.3.1 静态位移求解
2.3.2 动态分析
2.4 弹性支撑微梁机电耦合自由振动
2.4.1 静态位移求解
2.4.2 动态分析
2.5 悬臂式微梁机电耦合受迫振动
2.5.1 简谐受迫振动
2.5.2 共振分析
2.6 弹性支撑微梁机电耦合受迫振动
2.6.1 简谐受迫振动
2.6.2 共振分析
2.7 实例计算及分析
2.7.1 悬臂式微梁
2.7.2 弹性支撑微梁

第3章 微梁机电耦合非线性动力学
3.1 弱非线性系统的自由振动
3.2 接近共振的受迫振动
3.3 远离共振的受迫振动
3.4 实例计算及分析
3.4.1 弱非线性系统自由振动分析
3.4.2 接近共振的受迫振动分析
3.4.3 远离共振的受迫振动分析

第4章 微梁机电流体耦合自由振动
4.1 微梁机电流体耦合模型建立
4.1.1 振动方程
4.1.2 空气挤压膜阻尼
4.1.3 系统动静态方程
4.2 微梁机电流体耦合自由振动
4.2.1 静态位移求解
4.2.2 动态分析
4.3 实例计算及分析
4.3.1 位移振动响应分析
4.3.2 电场、压力场振动响应分析
4.3.3 灵敏度分析

第5章 微梁机电流体耦合受迫振动
5.1 受迫振动方程的建立
5.2 受迫振动求解
5.3 实例计算及分析
5.3.1 共振分析
5.3.2 灵敏度分析

第6章 微板机电耦合振动
6.1 微板机电耦合模型建立
6.2 四边筒支微板机电耦合自由振动
6.2.1 静态位移求解
6.2.2 动态分析
6.3 对边简支对边固定微板机电耦合自由振动
6.3.1 静态位移求解
6.3.2 动态分析
6.4 三边简支一边自由微板机电耦合自由振动
6.4.1 静态位移求解
6.4.2 动态分析
6.5 四边简支微板机电耦合受迫振动
6.5.1 简谐电压激励
6.5.2 简谐外载荷激励
6.5.3 简谐电压和简谐外载荷共同激励
6.6 对边简支对边固定微板机电耦合受迫振动
6.6.1 简谐电压激励
6.6.2 简谐外载荷激励
6.6.3 简谐电压和简谐外载荷共同激励
6.7 三边简支一边自由微板机电耦合受迫振动
6.8 微板机电耦合自由振动实例计算及分析
6.8.1 四边简支微板
6.8.2 对边简支对边固定微板
6.8.3 三边简支一边自由微板
6.9 微板机电耦合受迫振动实例计算及分析
6.9.1 简谐电压激励下的受迫响应分析
6.9.2 简谐电压和简谐外载荷共同作用下的微板动态响应分析
6.9.3 简谐电压激励下的共振分析
6.9.4 简谐电压和简谐外载荷共同激励下的共振分析

第7章 微板机电耦合非线性动力学
7.1 弱非线性系统自由振动
7.1.1 非线性静电场力
7.1.2 系统非线性动力学方程
7.1.3 广义时间函数及幅频响应特性
7.2 接近共振的受迫振动
7.3 远离共振的受迫振动
7.4 实例计算及分析
7.4.1 工作电压与静态平均位移
7.4.2 频率特性
7.4.3 时域动态响应
7.4.4 幅频响应特性
7.4.5 系统影响因素分析

第8章 谐振式压力传感器敏感性分析
8.1 灵敏度近似计算方法
8.1.1 压力膜弯曲
8.1.2 灵敏度分析
8.1.3 灵敏度影响因素分析
8.2 不同结构谐振式压力传感器
8.2.1 固支结构
8.2.2 跳板结构
8.2.3 半岛结构
8.3 改进的灵敏度计算方法
8.3.1 半岛结构压力应力关系分析
8.3.2 灵敏度解析式的推导
8.4 两种方法的比较

第9章 静电微泵泵膜的振动分析
9.1 静电微泵的模型及泵膜的振动方程
9.2 泵膜的自由振动
9.3 泵膜在偏置电压下的静态位移
9.4 防止静电吸合的条件
9.5 微泵机电流体耦合动力学模型及压膜阻尼
9.6 偏置电压下泵膜的振动方程
9.7 偏置电压下泵膜的自由振动
9.7.1 自由振动微分方程的求解
9.7.2 频率特性
9.7.3 广义坐标
9.8 偏置电压下泵膜的受迫振动
9.8.1 受迫振动微分方程的求解
9.8.2 接近共振的受迫振动
9.8.3 远离共振的受迫振动
9.9 实例计算及分析
9.9.1 系统结构参数
9.9.2 泵膜静态位移分析
9.9.3 泵膜的自由振动分析
9.9.4 泵膜接近共振的受迫振动分析
9.9.5 泵膜远离共振的受迫振动分析

第10章 微泵流量分析
10.1 无阀微泵的工作原理
10.2 扩散口和收缩口的性能分析
10.3 微泵流量分析
10.3.1 阻尼比的确定
10.3.2 流量计算
10.3.3 瞬时流量计算
10.4 微泵流量影响因素分析
10.4.1 远离共振
10.4.2 接近共振
10.4.3 流量影响曲线
10.4.4 结果分析

第11章 微泵结构参数的优化
11.1 优化设计的数学模型
11.2 静电微泵优化问题的简化
11.3 静电微泵的优化
11.4 ANSYS仿真分析
11.4.1 泵膜自由振动模态仿真
11.4.2 泵膜结构静电耦合变形仿真

第12章 静电驱动微板动力学实验
12.1 实验测试原理
12.2 微动实验平台的设计与制造
12.2.1 主要设计要求
12.2.2 结构设计
12.3 简谐激励下微板动力学实验
12.3.1 共振区域检测
12.3.2 微板动力学实验
12.3.3 实验结果与理论值分析比较
参考文献