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第1章 绪论 1

1.1 MEMS技术革命历程 2

1.2 MEMS的基本概念与特征 4

1.2.1 MEMS的基本概念 4

1.2.2 MEMS的基本特征 6

1.3 MEMS动力学及其非线性特征 8

1.3.1 MEMS的尺度力学特征 8

1.3.2 MEMS的动力学特征 9

1.3.3 MEMS动力学的非线性特征 10

1.4 MEMS动力学研究概况 11

1.4.1 MEMS动力学建模与分析方法 11

1.4.2 MEMS动力学设计与控制 16

1.4.3 MEMS动力学特性测试与实验方法 17

1.4.4 MEMS材料与加工制造 18

1.4.5 MEMS动力学发展趋势 19

1.5 MEMS的市场和应用前景 20

1.5.1 MEMS的市场情况 20

1.5.2 MEMS的应用前景 22

1.6 MEMS的相关资讯 27

1.6.1在线资源 27

1.6.2参考书籍 27

1.6.3国际期刊 28

1.6.4国际会议 28

参考文献 29

第2章MEMS动力学理论基础 33

2.1尺度效应 33

2.1.1几何结构学中的尺度效应 33

2.1.2刚体动力学中的尺度效应 34

21.3物理参数的尺度效应 36

2.2微驱动原理及尺度效应 38

2.2.1典型微驱动构件 38

2.2.2典型微驱动机构 42

2.2.3微驱动基本原理 44

2.2.4驱动力的尺度效应 51

2.2.5典型微机械的尺度效应 54

2.3 MEMS力学特性 57

2.3.1 MEMS材料力学特性 57

2.3.2 MEMS固体力学特性 62

2.3.3 MEMS流体力学特性 72

2.3.4 MEMS热力学特性 76

2.4 MEMS振动特性 80

2.4.1振动微分方程 81

2.4.2无阻尼自由振动 81

2.4.3阻尼自由振动 82

2.4.4简谐力激励的受迫振动 83

2.4.5模态分析理论基础 84

2.5 MEMS摩擦学 86

2.5.1 MEMS摩擦学特征 86

2.5.2 MEMS中的摩擦力 87

2.5.3 MEMS摩擦学性能 88

2.5.4 MEMS表面润滑技术 89

2.6微尺度理论研究方法 91

参考文献 92

第3章MEMS动力学建模与仿真 94

3.1 MEMS建模与仿真概论 94

3.2 MEMS宏建模与分析方法 96

3.2.1节点分析法 97

3.2.2等效电路法 100

3.2.3现代硬件描述语言宏模型 106

3.2.4黑箱分析模型 111

3.2.5端点特性法 112

3.3 MEMS多能量场耦合降阶建模 118

3.3.1 Churn过程分析法 119

3.3.2 Krylov子空间法 124

3.3.3 K-L分解分析法 128

3.4 MEMS多能量场耦合模拟仿真 131

3.4.1 MEMS多能量场耦合特性 132

3.4.2 MEMS多能量场耦合分析 133

参考文献 135

第4章MEMS阻尼特性 136

4.1气体阻尼 136

4.1.1滑膜气体阻尼 136

4.1.2压膜气体阻尼 141

4.1.3稀薄气体阻尼 151

4.1.4气体阻尼仿真 157

4.2热弹性阻尼 164

4.2.1热弹性阻尼基本概念 164

4.2.2 Zener线性黏弹性体标准模型 165

4.2.3微梁热弹性振动控制方程 166

4.2.4微梁简谐振动热弹性方程求解 168

4.2.5热弹性阻尼模拟与仿真 170

参考文献 172

第5章 静电驱动MEMS动力学 175

5.1静电场基本理论 175

5.2静电驱动基本方式 176

5.2.1平行板电容结构 176

5.2.2梳状电极结构 178

5.2.3划痕驱动结构 179

5.2.4扫描探针结构 179

5.3微结构静电力分析 180

5.3.1平行板电极间静电力 180

5.3.2倾斜极板间静电力 183

5.3.3梳状电极结构静电力 184

5.3.4扫描探针针尖静电力 185

5.4静电驱动MEMS的基本特性 188

5.4.1吸合效应 188

5.4.2固有非线性特性 190

5.4.3“负”弹簧效应 190

5.4.4等效刚度 190

5.4.5静电刚度软化 191

5.5静电驱动MEMS的动力学特性 192

5.5.1系统动力学模型 192

5.5.2参数激励和外激励响应 194

5.5.3分岔与混沌行为分析 197

5.6静电驱动MEMS的组合共振 200

5.6.1多尺度摄动分析 200

5.6. 2组合共振分析 204

5.6.3振动特性分析 205

参考文献 216

第6章 微转子系统动力学 218

6.1微旋转机械发展概论 218

6.1.1微电机 219

6.1.2动力MEMS 227

6.2微转子系统摩擦磨损特性分析 235

6.2.1摩擦磨损的尺度效应 235

6.2.2微旋转机械摩擦磨损问题 240

6.2.3微转子枢轴摩擦磨损特性分析 244

6.2.4微转子轴衬摩擦磨损特性分析 249

6.3微转子-固定轴承接触问题分析 256

6.3.1接触模型分析 256

6.3.2接触应力与应变的尺度效应分析 259

6.3.3微转子-轴承接触有限元模型 260

6.3.4数值计算与结果分析 260

6.4碰摩微转子系统非线性动力特性分析 265

6.4.1碰摩力分析 265

6.4.2碰摩微转子的稳定性与分岔行为分析 266

6.4.3微转子局部碰摩混沌运动的数值分析 275

6.5微气体轴承动力润滑特性分析 287

6.5.1微气体轴承研究概况 287

6.5.2微转子系统径向气体轴承特性分析 288

6.5.3微转子-气体轴承系统响应分析 298

6.5.4微转子-气体轴承系统稳定性分析 303

参考文献 304

第7章MEMS动态测试技术 308

7.1基本激励方法与技术 308

7.1.1机械激励 308

7.1.2静电激励 309

7.1.3压电激励 310

7.1.4电热激励 311

7.1.5光激励 312

7.1.6声激励 312

7.1.7脉冲电火花激励 313

7.1.8激波激励 314

7.1.9冲击激励 314

7.1.10磁致激励 315

7.2 MEMS动态参数测量方法 315

7.3计算机微视觉测试技术 317

7.3.1计算机微视觉系统 318

7.3.2显微镜的合理选择 319

7.3.3目标搜寻和自动调焦 320

7.3.4深度信息获取方法 321

7.4频闪显微干涉视觉测试技术 322

7.4.1频闪显微干涉视觉测量系统 322

7.4.2表面形貌测量原理 324

7.4.3全三维运动测量原理 325

7.4.4计算机精确同步控制 326

7.5激光多普勒测试技术 327

7.5.1激光多普勒基本原理 328

7.5.2运动测量原理与系统 329

7.6光纤迈克尔逊干涉测试技术 332

7.6.1迈克尔逊干涉系统及原理 332

7.6.2干涉光光强与相位测量 334

参考文献 335