由于微机械系统(MEMS)技术的发展，传统的压电换能器向着微型化、集成化方向发展，其应用有高速原子力显微镜、纳米机电开关、谐振器、射频滤波器、生物传感器、俘能器等。因此，利用MEMS技术制作压电换能器受到了国内外科研工作者的广泛关注。在众多压电换能器中，由于1-3型结构换能器制作相对简单且致动和俘能性能优异，因而成为大家研究的热点。虽然许多针对1-3型压电换能器的理论模型被建立，但是对多层微悬臂梁结构的建模还很少被报道。本文以1-3型悬臂梁压电换能器为研究对象，结合压电本构方程和欧拉伯努利粱理论建立了一个多层微悬臂梁压电致动器的动态模型，同时基于铁木辛柯梁理论推导出简谐振动下悬臂梁压电双晶片的挠度和输出电压解析表达式。通过与实验和有限元模拟结果进行对比，验证提出模型的正确性。本论文的主要内容与结果如下：1．基于欧拉伯努利粱，不考虑残余应力的影响，一个考虑缓冲层和电极层的多层微悬臂梁压电致动器模型被建立。与传统模型相比，提出模型的第一模态谐振频率–梁长、自由端挠度–电压和谐响应曲线更接近于实验和有限元模拟结果。结果表明提出的模型可以有效地预测微悬臂梁压电致动器的致动性能。同时机械阻尼和弯曲刚度对微悬臂梁压电致动器的影响也被讨论了。利用提出的模型，微悬臂梁压电致动器的第一模态谐振频率和自由端挠度对非压电层厚度的依赖关系也被讨论了。2．结合压电本构方程和铁木辛柯梁理论，一个串联悬臂梁双晶片压电俘能器的机电模型被建立。提出模型计算得到的输出电压–振动频率和输出功率–振动频率曲线与实验测量结果比较接近，结果证明提出模型可以精确地评估串联悬臂梁压电双晶片的输出响应以及负载电阻增大所引起谐振频率的漂移。更进一步我们将模拟得到的输出峰值电压–负载电阻和输出峰值功率–负载电阻曲线与实验进行对比，结果再次证明提出模型可以正确地评估串联悬臂梁压电双晶片的俘能性能。3．利用钛酸铋钠钾铁电薄膜作为压电层的分段电极微悬臂梁压电致动器被设计。根据第2章中建立的多层悬臂梁压电致动器模型，交流驱动电压下分段和未分段电极微悬臂梁压电致动的自由端挠度被计算。结果指出在第二模态下，分段电极微悬臂梁压电致动器的自由端挠度是未分段结构的两倍。同时分段电极微悬臂梁压电致动器的静态模型也被建立，利用此模型预测分段电极微悬臂梁压电致动器的静态输出挠度和致动力。