具有目标特征频率和模式的MEMS谐振器拓扑优化

本文提出了一种基于密度的拓扑优化方法，用于合成工业相关MEMS谐振器。该方法适用于使用悬吊质量或板的一般谐振器，其中第一个结构振动模式通常很有趣，并且必须匹配特定的目标特征频率。作为一个重要的实际例子，我们考虑了MEMS陀螺仪的应用，其中规定了目标驱动和感测本征频率，以及从工作频率范围到杂散模式的足够距离。通过Mindlin壳体有限元分析了结构的三维动力学，并通过基于多点约束、静态近似和静态约简的组合模型降阶技术，获得了高效的数值设计程序。通过对定义布局的几何特征施加最小长度比例，确保优化设计的可制造性。利用确定性、基于梯度的数学规划，该方法被应用于单质量和音叉MEMS谐振器的设计。结果表明，所提出的方法能够满足目标频率和满足一般工业要求的相应模式。