MEMS 模块

浸润膨胀的多物理场耦合

固体力学稀物质传递多孔介质稀物质传递 这两个接口之一进行耦合时,新创建了一个称为 浸润膨胀 的多物理场耦合。它具有与材料模型节点的子节点 浸润膨胀 相同的设定。有了这个新增的多物理场耦合,您可以在 稀物质传递多孔介质稀物质传递 接口中计算传递的湿度浓度,并耦合进浸润膨胀应变。

一个 MEMS 压力传感器中由于浸润膨胀引起的湿度浓度和变形。 一个 MEMS 压力传感器中由于浸润膨胀引起的湿度浓度和变形。

一个 MEMS 压力传感器中由于浸润膨胀引起的湿度浓度和变形。

薄膜流的空化特征

薄膜流中新增了一个空化特征,可以模拟带蚀刻孔的结构中的薄膜流。

空化特征充当了一个气体池,后者正比于环境压力和相对于空化另一侧的环境压力的差。空化常数常称为穿孔导纳(Y),可以直接定义或者从模型定义,参见 Bao (M. Bao and H. Yang “Squeeze film air damping in MEMS”, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 136, no. 1, 3–27, 2014)。

用于穿孔导纳的 Bao 模型的‘空化’设定窗口。 用于穿孔导纳的 Bao 模型的‘空化’设定窗口。

用于穿孔导纳的 Bao 模型的‘空化’设定窗口。

边缘流边界条件的面外运动选项

薄膜流的 边界流 边界条件新增了一个选项,选择 边界面外运动 流动类型来使用 Gallis & Torczynski 模型 (M. A. Gallis and J. R. Torczynski, “An Improved Reynolds-Equation Model for Gas Damping of Microbeam Motion”, Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 13, pp. 653 - 659, 2004) 计算边界上的压力梯度。这个模型可以很好地对应薄膜流区域和周围空气的详细的 CFD 和 Monte Carlo 算法得到的结果,可以用于稀薄气体和非稀薄气体,努森(Knudsen)可以达到 1。

点矩阵计算特征可以显示点上的张量物理量

新增的 点矩阵计算 特征(基本模块可用)可以用来方便地显示点上的张量物理量。特别是在 压电设备 接口中使用,可以在全局和局部坐标系中定义张量类型的材料属性。因此,现在可以显示全局和局部坐标系中的弹性矩阵。

新增教学模型:微泵机理

微泵是微流体系统中的重要元件,其应用范围可以从生物流体到微电子冷却。这个教学模型仿真了无阀微泵的机理,它被设计用来有效地处理低雷诺数流体,克服流体动力学倒流。在微流体系统中喜欢使用无阀泵,因为这样可以最小化堵塞的风险,对生物材料的损伤最小。使用 流固耦合 接口来求解流体的流动,以及关联结构的变形。此外,使用 全局常微分方程和微分代数方程 接口来演示如何通过时间积分得到在泵循环过程中的总流量。

被动式微流动整流系统中的流体流动和 von Mises 应力。显示了流体从水平管道泵送到垂直管道的机理。管道中包含两个倾斜皮瓣,通过弯曲产生对流体流动的响应。在这种情况下,当流体泵入垂直管道时,皮瓣产生对称弯曲,导致从左侧管道产生比右侧管道更大的流动。 被动式微流动整流系统中的流体流动和 von Mises 应力。显示了流体从水平管道泵送到垂直管道的机理。管道中包含两个倾斜皮瓣,通过弯曲产生对流体流动的响应。在这种情况下,当流体泵入垂直管道时,皮瓣产生对称弯曲,导致从左侧管道产生比右侧管道更大的流动。

被动式微流动整流系统中的流体流动和 von Mises 应力。显示了流体从水平管道泵送到垂直管道的机理。管道中包含两个倾斜皮瓣,通过弯曲产生对流体流动的响应。在这种情况下,当流体泵入垂直管道时,皮瓣产生对称弯曲,导致从左侧管道产生比右侧管道更大的流动。

新增教学模型:压电速率陀螺仪

在这个教学案例中分析了一个基于音叉的压电速率陀螺仪,其中使用了 压电设备。正压电效应用来驱动面内的调音叉模式,通过柯式(Coriolis)力耦合到面外的模式,产生的面外运动被反压电效应感应到。音叉的几何经过设计,确保附近模式的本征频率分散在频率空间。计算了系统的频率响应,以及旋转速率敏感性。

一个压电速率陀螺仪的驱动模式(左)和感应模式(右),两个模式通过柯氏(Coriolis)力耦合起来。 一个压电速率陀螺仪的驱动模式(左)和感应模式(右),两个模式通过柯氏(Coriolis)力耦合起来。

一个压电速率陀螺仪的驱动模式(左)和感应模式(右),两个模式通过柯氏(Coriolis)力耦合起来。

新增教学模型:压电能量收集器

这个教学模型显示了如何使用 压电设备 接口来分析一个简单的悬臂式压电能量收集器。在其中施加一个正弦加速度,输出功率作为频率、载荷阻抗,以及加速度大小的函数。

输入力学功率,输出载荷阻抗的电功率和电压函数。 输入力学功率,输出载荷阻抗的电功率和电压函数。

输入力学功率,输出载荷阻抗的电功率和电压函数。

新增教学模型:压电阀

压电阀广泛应用于医学和实验室,因为它具有快速响应时间和静音运行的优点。其节能运行耗散出很少的,但对这些应用往往是相当重要的热量。

在这个教学模型中,一个压电阀通过堆叠的压电驱动器驱动。为了模拟这种效应,使用了 压电设备 接口与 接触 特征。当阀被驱动时,一个超弹性密封圈被压缩,计算了其中的接触压力。

压电阀表面的 von Mises 应用。 压电阀表面的 von Mises 应用。

压电阀表面的 von Mises 应用。

新增教学模型:盘式谐振器的锚损耗

这个教学模型显示如何使用 固体力学 接口计算一个钻石盘式谐振器中的锚损受限品质因子。谐振器通过多晶硅支柱锚接在基底上,能量通过支柱传递到基底。使用完美匹配层来表征必要的无限大基底。本教学模型基于 2007 年 COMSOL 在 Grenoble 召开的年会分公场用户论文(P. Steeneken "Parameter Extraction and Support-Loss in MEMS Resonators", COMSOL Users Conference 2007, Grenoble)。

结构的总位移以颜色显示,清晰可见锚损耗。 结构的总位移以颜色显示,清晰可见锚损耗。

结构的总位移以颜色显示,清晰可见锚损耗。