静电力作为微机电系统(MEMS)中一种重要的驱动力,广泛应用于微镜、微泵、微马达、微陀螺、微钳、微谐振器、射频开关等微器件中。尽管一部分静电驱动MEMS产品已经从实验室走向商业化,但相关设计理论和设计工具尚不能满足设计需求,设计中仍然以反复试验(trial and error)方法为主,导致成品率低,可靠性差,严重制约了产品的研发速度和产业化水平。本文以静电场、弹性力学、结构动力学、流体力学为理论基础,以计算机仿真作为辅助工具,将实现器件级或系统级设计与分析作为目标,深入研究静电驱动典型微结构的静电力、静力学和动力学等方面的问题,设计了具有明显阀值效应的静电微加速度开关,建立并求解开关的系统仿真模型。本课题对促进静电驱动微结构理论的深入研究具有重要的学术价值,对提高静电驱动微器件的工程设计水平具有一定的指导意义。以平行板电容理论为基础,基于虚位移原理,导出了典型微结构静电力(或力矩)的计算模型,讨论了边缘电场对静电力的影响,分析了不同静电力模型的精度,确定了无限大平行板电极静电力公式的适用条件,为结构的静力学和动力学研究提供理论依据。提出了静电力显微镜(EFM)扫描探针针尖与试样之间的电场假设。基于该假设,建立了计算针尖静电力的解析模型,计算结果与等效电荷、有限元等数值方法以及相关的实验结果相吻合。分析了因微结构弹性力与静电力的耦合作用而产生的吸合效应(pull-in or snap-down)。基于小挠度变形理论,提出了一种计算静电致动微梁变形的数值方法和解析公式,求解了微梁的临界挠度(pull-in deflection),分析了用小挠度变形理论计算微结构变形的合理性。基于小挠度变形理论,建立了静电驱动轴对称圆形薄板(包括带有突台的薄板)的微分方程,并采用伽辽金加权残值法进行求解,确定了带有突台圆形薄板的临界挠度为初始间隙的1/3;根据力矩平衡原理建立了微镜的控制方程并进行求解,分析了气膜阻尼对微镜响应速度的影响。基于本文建立的计算针尖静电力解析模型,求解了静电力扫描探针的变形,分析针尖结构参数对变形的影响,确定了扫描探针的临界挠度与初始间距之比为常值1/2。分别建立了静电驱动微梁、微镜、圆形薄板和扫描探针的动力学微分方程,针对具体问题,采用合适的方法求解系统的时间响应,分析了静电驱动微结构的振动特点。对于含有气膜阻尼作用的微梁振动,提出了采用有限差分与增量加载相结合的计算方法。