考虑热效应弹性梁挤压气膜系统动力特性的分析 (1)

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要微梁谐振器是微机械行业的重要组成部件，微电子封装后微梁与基体之间存在着一层气体薄膜。由于气体薄膜的尺度小且不能自由膨胀和压缩，它将随着微梁振动，并产生对微梁的附加质量和附加阻尼效应，从而影响结构的动力特征。当微梁高频振动时，气体内部的摩擦会引起系统的温度升高，这不仅加剧了气膜对微梁动力特征的影响，而且还可能引起封装的可靠性问题。因此，开展考虑热效应的弹性梁/挤压气膜系统的动力特征分析，实现对这类气固耦合系统的参数辨识具有非常重要的理论意义。论文在以下几个方面取得成绩：1．从Navier-S

2、tokes方程和能量方程出发，建立了考虑热耗散效应的刚性梁/挤压气膜系统的一维气固耦合动力学方程，摄动求解了气膜内的温度增量场、压力增量场和速度增量场等的分布规律。2．建立了考虑气膜热效应的弹性梁/挤压气膜系统的二维气固耦合动力学方程，并摄动求解了气膜内的温度增量场、压力增量场、速度增量场等。3．建立了同时考虑气膜和梁的热效应的弹性梁/挤压气膜系统的二维气固耦合动力学方程。详细研究了气膜对微梁动力特性的影响规律，实现了对气固耦合系统的参数辨识。本文突破恒温假设，创新性建立了考虑热效应的弹性梁/挤压气膜系统的气固耦合动

3、力学方程，求解了薄膜内的温升分布场，实现了对气膜等效质量和等效阻尼等的参数辨识，揭示了挤压气膜对微梁谐振器动力特征的影响规律，对微机械结构的设计具有重要的指导意义。关键词：谐振器，挤压气膜，阻尼效应，热效应，热弹性梁I华中科技大学硕士学位论文AbstractMicro-beamresonatorsisimportantcomponentsofmicro-mechanicalindustry,microelectronicspackagingoftenmakesalayerofgasesexistingbetweent

4、hemicro-beamandthesubstrateofmicro-beamresonators,asaresultofthegases’smallsizeandthegasescan’tbefreeofexpansionandcompression,itwillvibratewiththevibrationofmicro-beam,giverisetoadditionalmasseffectandadditionaldampingeffectonmicro-beam,thusaffectthedynamiccha

5、racteristicsofstructure.So,ithaveveryimportanttheoreticalsignificanceforustostudythedynamiccharacteristicsofelasticbeam/squeezefilmcoupledsystemwhichconsideringthethermaleffect,andtoachieveparameteridentificationofsuchgas-solidcoupledsystem.Thispapermadeinthefo

6、llowingresults:1.BaseonNavier-Stokesequationandenergyequation,wederivedOne-dimensionalgas-solidcouplingdynamicequationsofRigidbeam/squeezefilmsystemwhichconsideringtheeffectofheatdissipation,andsolvethetemperatureincrementfield,pressureincrementfieldandvelocity

7、incrementfieldofsqueezefilmbyusingPerturbationmethod.2.Derived2Dgas-solidcouplingdynamicequationsofelasticbeam/squeezefilmsystemwhichconsideringtheeffectofheatdissipation,andsolvethetemperatureincrementfield,pressureincrementfieldandvelocityincrementfield.3.Est

8、ablished2Dgas-solidcouplingdynamicequationsofelasticbeam/squeezefilmsystemwhichconsideringtheelasticbeam’sheatdissipationandthesqueezefilm’sheatdissipationatthesametime.Stud