微机电系统中悬臂梁固定端的应力分析.pdf

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1、与开享的应力分析)进行静电力分析，得到悬臂梁固定端的应分析，通过比较两种方法得到的结论，发现结论是相反的．因此得出弹性模量E是决定微观材料性能的重要因素，以及静电力作用下的微悬臂梁存在机电耦合作用，单纯的力学解析式是没法精确计算得出的。关键词：微悬臂梁；Ansys；静电力；应力；解析公式中图分类号：TG386．4文献标识码：A文章编号：1009—9492(2011)11-0096—04TheAnalysetotheStressofFixedEndinP0lvcrustanineCopperofMicro-BeamZHANGYan-jiao，SUJi—long(Colle

2、geofMechanicsandElectricsEngineering，FujianAgricultureandForestryUniversity，Fuzhou350002，China)Abstract：TheAnsyssimulatesoftwareisutilizedtoanalysetheelectrostaticforceofthedifferentthicknessmicro—cantileverbeamatthesamevoltage(notgettothepull-involtage)inthepaper，itobtainedthestressoffi

3、xedendofmicro-beamandtherelationbe—twecnstressandthickness．Andthenonthebasisofanalyzingexpressionwithmechanics，andcomparingwiththetwoconclusion，itiseasytofindthattheyaredifferent，SOtheelasticmodulusEistheimportantfactortothemicrocosmicmaterialfunction，anditisexistedtheelectrostatic—mecha

4、nicalcoupledeffectinthemicro-beamwiththeelectrostaticforce，itisunabletocalculatetheresultwiththesimplemechanicsanalysisformula．Keywords：micro—cantileverbeam；Ansys；electrostaticforce；stress；analysisformula随着MEMS(MicroElectromechanicalSystem)也有很多学者建立各种微梁力学模型_5。但是技术的发展。静电驱动的微机械装置得到了广泛这些研究很少

5、从微悬臂梁在静电驱动下发生的变的应用，国内外学者对其力学特性进行了一系列形应力情况进行研究．特别是固定端的应力。应的研究，目前．国内有一些学者对这方面有一定力是影响微机械装置疲劳损伤及其寿命的主要因的相关的研究，刘喜斌I1针对库伦定律在复杂素．因此对固定端的应力分析很重要，本文运用带电系统中运用的局限性，提出了用系统的静电有限元软件及其力学理论分析微梁的应力。能来分析充电系统中某一物体的静电力及静电场1微悬臂梁的力学分析模型的应力张量。陆静、向宇等人[2基于考虑边缘多晶铜微梁如图1所示，其长度为L，厚度效应的矩形平行板静电力计算公式，分析边缘效为h，宽度为b。应对微镜静

6、态特性和吸合特性的影响，得出边缘L效应的影响参数及其对力学性能有影响。李敏等(上电极)人I3利用Ansys对其用加权法建立的静电驱动梁单元的节点法模型进行验证．得到该模型具有较高精度，说明运用静电驱动微梁的节点分析法得(下电极)到的结果更为精确。微机械装置从机械结构上可以分为悬臂梁式和固支梁式结构H]，因此本文以图1多晶铜材料的微悬臂梁示意图悬臂梁为模型对其进行一系列的力学分析。国外福建省自然科学基金项目(编号20o8JO141，2009J01331)收稿日期：2011-10—13l对于多晶铜微梁，其有效弹性模量与平均弹2运用有限元软件分析应力与厚度的关系性模量的关系为

7、本文建立五种模型，微悬臂梁全长L=E=[1+]E(1)200／,zm，矩形截面宽度b=3p~m，高度h分别取：0．1m、0．2／xm、0．4／,zm、0．6／xm、1Ixm，上下两驱——多晶铜微梁的厚度：动电极之间的距离d。=31,zm，微悬臂梁材料的弹性——多晶铜微梁的泊松比．取0_3：模量E，泊松比=0．32．特征长度／=0．2lxm，密E一多晶铜微梁的有效弹性模量：度dens=8．9e一15kg／p,m，真空中的介电常数8。：卜多晶铜微梁的平均弹性模量：8．854e一6pF／lxm，电压值U=50V(未达到吸合电Z一铜多晶体材料的特