微纳米谐振器能量耗散机理的研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lygzzm
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
微纳米谐振器由于其“高频、高灵敏度、高品质因子”等优点,被广泛应用于高精度测量、传感以及信号处理。能量耗散一直是制约微纳米谐振器件性能提升和应用发展的关键性问题。器件尺寸的微型化在带来超高工作频率的同时,一些在宏观尺度微弱到可以忽略的效应和现象会显现出来并起到重要作用,这也间接导致了更多的能量耗散。通过不同途径引起的能量耗散具有“并联”特性,因此,有必要了解微纳米谐振器中潜在的各种能量耗散机制。本文基于宏观连续介质理论,对微纳米谐振器件的能量耗散机理以及降低能量耗散的可能途径进行了深入、系统的研究。本论文研究的主要工作包括:(1)通过热能量法研究了用作质量传感的微纳米谐振器中的热弹性阻尼问题,分别求得了基于一维热传导以及二维热传导情况下的热弹性阻尼解析表达式,并详细讨论了附着微粒的质量、位置、谐振器的边界条件、几何尺寸以及振动模态对于热弹性阻尼的影响。此外,还推导了谐振式质量传感器的检测灵敏度以及由于机械热噪声所限制的最小检测质量的表达式。(2)通过热能量法研究了具有轴向拉力微纳米谐振器中的热弹性阻尼问题,分别给出了基于一维热传导以及二维热传导情况下的热弹性阻尼解析表达式,并详细讨论了谐振器的几何尺寸、轴向拉应力以及振动模态对于热弹性阻尼的影响。此外,还利用有限元计算对解析模型进行了验证。(3)通过傅立叶变换和格林函数法,解析地获得了分别由正应力、剪应力以及正应力与剪应力耦合作用所引起的支撑损失综合表达式。揭示了相关控制参数(谐振器的几何尺寸以及谐振器与支撑结构间的材料差异性)对支撑损失的影响机理。此外,还应用完全匹配层(PML)数值模拟技术对理论模型进行了验证。(4)基于二维弹性波理论,结合傅立叶变换和格林函数法,解析地获得了具有轴向拉力微纳米谐振器的支撑损失表达式,并应用完全匹配层数值模拟技术对理论模型进行了验证。此外,还对谐振器在承受轴向拉力情况下,支撑损失与热弹性阻尼的综合能量耗散进行了进一步讨论,揭示了相关控制参数(谐振器的几何尺寸以及轴向拉力)对综合能量耗散的影响机理。(5)基于二维弹性波理论,结合傅立叶变换和格林函数法,解析地获得了谐振器在任意阶振动模态下,由于卡西米尔效应引起的能量耗散综合表达式,其中不仅考虑了接触支撑中由于卡西米尔效应引起的附加剪切波耗散,还考虑了卡西米尔力的非线性项对能量耗散的影响。并详细讨论了谐振器的几何尺寸、振动模态、边界条件以及谐振器与非接触基底之间的间距对结果的影响。本文较全面地研究了微纳米谐振器在线性工作状态下的热弹性阻尼、支撑损失以及由于卡西米尔效应引起的能量耗散等机理,建立了更为精细的定量分析模型,为微纳米谐振器的优化设计与性能提高提供理论依据和参考。
其他文献
背景鼻咽癌在中国是发病率仅次于甲状腺癌的头颈部恶性肿瘤,主要高发于中国华南以及东南亚等地区。放射治疗是鼻咽癌的主要治疗手段及根治性治疗的重要组成部分。目前,鼻咽癌
1997年我在美国国防大学学习,参观西点军校,美国驻华陆军副武官胡伯中校陪同参观。此人是西点军校1978年毕业生。令我震动的是西点军校纪念馆内陈列的上甘岭537.7高地和597.9高地
2014年12月20日,著名历史地理学者、复旦大学教授葛剑雄来贵阳孔学堂开讲“中国古代的生存智慧”期间,本刊记者针对中国人如何妙用农历与节气来保证农民“不失农时”、生态文明
今年夏秋之交的大范围、高强度旱灾,使得贵州经济增长又多了一个不稳定因素。根据贵州省减灾委、民政厅联合相关部门会商的数据,截至8月16日,全省因灾造成直接经济损失已达95.38
近日,一位地方领导的就职讲话耐人寻味,“按常理,新官上任应该‘三把火’,但我这个新官上任不想烧‘三把火’,而想浇一盆水。这盆水是浇给自己的,希望能保持清醒。”
本文研究的是不可压缩流体和多孔介质流耦合问题的mortar元算法.此类模型有多种应用:可用来分析干旱地区洪水的影响,描述血液在动脉血管中的流动规律,模拟河流、湖泊中污染物