双稳态屈曲梁的非线性跳跃特性研究

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1、!""(年#月西安电子科技大学学报（自然科学版）RI8+!""(!!第/’卷!第/期!"#$%&’!"(!)*+*&%!#%*,-$.*/0P34+/’!W3+/双稳态屈曲梁的非线性跳跃特性研究赵!剑!贾建援!王洪喜!张文波!西安电子科技大学机电工程学院"陕西西安!(%""(%#摘要!基于广义变分原理!借助半纯函数公式解析地给出了预压屈曲梁双稳态跳跃过程中横向力与位移之间的非线性关系式+考虑轴向弹性伸缩对梁长约束的影响!利用假设屈曲模态法分析了跳跃临界力"轴向压力及屈曲模态之间的非线性耦合关系!并给出了双稳态梁发生二次分叉屈曲跳跃临界力与拱高的关系曲线!仿真计算与试验结果一致

2、+关键词!微电子机械系统#双稳态#屈曲模态#非线性跳跃#广义变分原理中图分类号!,-&#!!文献标识码!.!!文章编号!%""%$!’"""!""(#"/$"’&*$"&!"#$%#&’()#’*+,-("./-0-’(’0,&(%),%0"1’0"2*(&))&34%+),’4$&4.05$&34&’2!"#$%&’(#%)#%&’(*+,’(#-#./"0(1*2&#!"#./-3(*40!01233435-612783$64619:38;1<8=;866:;8=#>;?;78@8;A+#>;B78!(%""(%#C2;87"64),(’0,$!D7E6?38926=68

3、6:74;F6?A7:;79;38G:;81;G46E78?926H;$E97H46127:7196:;E9;1E357G3E9$HI1J4;8=H67K#9268384;867::6479;38E2;GH69L6689269:78EA6:E7453:1678??;EG4716K689;E?6?I16?HM138E;?6:;8=926655619E357N;7413KG:6EE;3838926H67K468=92138E9:7;89+,267874M9;1746NG:6EE;3853:9269:78EA6:E653:16;E3H97;86?HMIE;8=926K6:3K3:G

4、2;15I819;38K6923?+,268384;867:13IG46?:6479;38E7K38=9269:78EA6:E61:;9;17453:16#9267N;7413KG:6EE;3878?926HI1J4;8=K3?6E7:674E37874MF6?HMI9;4;F;8=9267EEIK6?HI1J4;8=K3?6K6923?+O;92926?6?I19;387H3A6#9269:78EA6:E653:16E53:?;556:6897:126;=29E35926G:6$E9:6EE6?HI1J4;8=H67K7:6=;A68L2;46926E6138?H;5I:1

5、79;38HI1J4;8=311I:E?I:;8=926E87G$92:3I=2G:316EE+0;KI479;38:6EI49E7:6;8=33?7=:66K689L;92923E65:3K6NG6:;K689E78?8IK6:;174K6923?E#78?26816#;91785;8?7GG4;179;38E;8?6E;=8;8=926-<-0H;E97H46?6A;16+7&89"(3)$!K;1:3$64619:38;1K61278;1EME96K%H;E97H;4;9M%HI1J4;8=K3?6%8384;867:E87G$92:3I=2%=686:74;F6?A7

6、:;79;38G:;81;G46双稳态微结构是一种在其运动空间中具有两个静力学平衡状态的柔顺结构#具有保持稳态的能力+由于具有体积小&响应快&无摩擦&稳态保持无需功耗的特点#在微电子机械系统!-<-0"及惯性控制领域有广’%(’!(’/(’’(泛的应用#例如微泵&微开关&微继电器)接触器&非易失存储单元等+双稳态微结构在状态跳跃过程中具有强非线性#在跳转过程中力与位移的关系研究尚不完善+目前较为常见的双稳态结构多为借助弹性能的积聚与转移实现稳态的保持与转换#比如两端固支的屈’&##(曲微梁等灵巧机械结构#-799;7EP78=H3基于小挠度理论对屈曲梁的跳跃进行了研究#但其计

7、算结果存’((’*!%"(在较大的偏差%O+Q78=计算了轴压作用下屈曲微梁的杆端力与位移之间的关系%-+,726:.+07;5基于一阶屈曲模态假设的基础上简要分析了轴向压缩与横向跳跃位移之间的非线性耦合关系#由于其推导过’%%(程中进行了大量假设严重影响了公式的实用性%R6I8=078=S3虽然给出了跳跃临界力的表达式#但并未’%!(考虑轴向压缩对跳跃性能的影响#计算结果与实验相差较大%T;:39EI=I-793H7设计了一种双稳态致动’%/(’%’(器#对两端铰支屈曲微梁的跳跃进行了推导%R;8U;