扭转式NEMS执行器的pull-in特性分析

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纳机电系统是一项被认为面向21世纪可以得到广泛应用的高新技术产业,在国防军工、航空航天、医疗工程等领域具有潜在应用,倍受各国政府和专家的高度重视。纳执行器是NEMS (Nano Electro Mechanical System)的核心部分,它既可以为纳机电系统提供动力,也可以成为纳机电系统的操作和执行单元。其中静电驱动的纳执行器是应用最广泛的执行器之一。在扭转式静电纳执行器中,有一种pull-in现象的存在,这种现象是研究静电执行器必须考虑的。在本文中,概述了微纳机电系统的发展方向及应用,介绍了国内外微纳执行器的研究现状。基于扭转式静电纳执行器的集总参数模型,简单介绍了执行器的pull-in现象和机理。接着介绍了忽略Casimir效应下的扭转式静电纳执行器的静态pull-in参数的求解,主要通过力法和能量法研究pull-in现象。然后,在此研究的基础之上,分析了考虑Casimir效应的扭转式静电纳执行器的静态pull-in现象,得出了pull-in失稳现象相关的结果。最后重点研究了考虑Casimir效应的静电纳执行器的动态pull-in现象,对扭转式静电纳执行器在阶跃响应、调制响应下进行理论分析,并运用Matlab数学软件对扭转式静电纳执行器进行分析,得出扭转式静电纳执行器的动态pull-in特性。
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