复杂激励作用下微纳谐振器非线性动力学特性研究

摘要

静电驱动是一种传统的谐振器驱动方式,其较好的稳定性和灵敏度使得其广泛应用于各类谐振器中。近年来,光梯度力作为纳谐振器的一种新型驱动方式,其优越的动力学特性,以及集光激励和光检测为一体的优点,也得到了广泛关注。本文分析了光梯度力的固有非线性特性、孔板间的静电力和压膜阻尼特性,并分别对光梯度力驱动圆环与辐条谐振系统、复合材料梁谐振器和静电力驱动矩形孔状极板式谐振器进行了动力学建模。利用多尺度法和有限元仿真方法进行分析研究,研究表明:
　　1.光梯度力使系统呈现刚度软化效应,即随着入射光功率的增大,圆环与辐条谐振系统稳态幅值明显增大,且谐振频率随着振幅的增加而发生了较大偏移。基于立方刚度引起的系统刚度硬化现象,可以通过调节入射光功率来实现圆环辐条谐振器的频率调节。
　　2.银和锗复合而成的两端固支梁间的光梯度力比普通材料梁间光梯度力大两个数量级,并随着银的体积填充率的增大而逐渐减小。
　　3.在极板上穿孔会降低两极板间的压膜阻尼和静电力,分析静电力驱动孔板振动的稳态响应曲线,结果表明:随着矩形孔径的增大,压膜阻尼和静电力均减小,系统稳态幅值降低,刚度软化程度加深,品质因数增大。
　　总之,本文的研究结论可以为光梯度力和静电力驱动微纳谐振器的动力学分析与设计提供了理论参考和依据。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2谐振器动力学研究现状

1.3本文主要工作及框架

第二章 光梯度力驱动圆环辐条式纳谐振器动力学特性研究

2.1引言

2.2光梯度力特性分析

2.3动力学建模与分析

2.4仿真及结果分析

2.5本章小结

第三章 光梯度力驱动复合梁式纳谐振器动力学特性研究

3.1引言

3.2复合梁间的光梯度力

3.3动力学建模与分析

3.4仿真及结果分析

3.5本章小结

第四章 静电驱动孔板谐振器动力学特性分析

4.1引言

4.2孔板间压膜阻尼和静电力分析

4.3单自由度系统动力学建模与分析

4.4连续体薄板动力学建模与分析

4.5有限元仿真分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文工作总结

5.2本文创新点

5.3研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果