發(fā)布時間：2017-10-26 11:16

  本文關(guān)鍵詞：引信用MEMS微驅(qū)動器的設(shè)計與仿真分析

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【摘要】：MEMS驅(qū)動器是一種換能元件,能夠?qū)⑵渌问降哪苻D(zhuǎn)化成機械能,具有體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,適合在引信中應(yīng)用。本文介紹了一種以雙金屬膜受熱膨脹原理為基礎(chǔ)、應(yīng)用在引信安全系統(tǒng)中的面外電熱驅(qū)動器。能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動電壓低、驅(qū)動位移大、抗過載。采用聚合物SU-8和鎳材料作為驅(qū)動器的主體材料,給電阻絲通電使其發(fā)熱,驅(qū)動器發(fā)生垂直于軸線的面外運動,使偏置層與基座接觸,完成信號的輸出。文中著重介紹了雙金屬膜的基本原理,以及驅(qū)動器的工作環(huán)境,對電熱場、阻尼場、加速度場進行分析,得出驅(qū)動電壓和加速度存在一定對應(yīng)關(guān)系;對設(shè)計的模型進行工藝流程模擬;理論分析尺寸對性能的影響,確定出影響性能的主要因素:驅(qū)動器的長度為780μm、SU-8層厚度為10μm、鎳層厚度為5μm。利用Coventor Ware軟件建立模型,并對器件的性能進行仿真與分析。分別對驅(qū)動器進行電熱分析、熱傳導分析、熱對流分析、阻尼分析、模態(tài)分析、抗過載分析以及機械—電—熱耦合分析,最后在不同場源下分別對驅(qū)動器進行應(yīng)力校核,驗證驅(qū)動器滿足強度要求。通過分析確定驅(qū)動器在2ms內(nèi),0.5V電壓作用下,能產(chǎn)生18μm的位移,溫度由293K升高到440K;能夠抵抗10000g的加速度沖擊;在耦合場分析中找出了驅(qū)動電壓和加速度的幾組對應(yīng)關(guān)系,得出驅(qū)動器實際工作電壓在0.4V以內(nèi)。加速度和熱應(yīng)力共同作用在驅(qū)動器上,縮短了響應(yīng)時間,便于在引信中應(yīng)用,實現(xiàn)了低電壓、大位移、高過載的要求。最后驗證驅(qū)動器所受最大應(yīng)力小于鎳的許用應(yīng)力,驅(qū)動器有較高的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：雙金屬膜 電熱微驅(qū)動器 熱膨脹 CoventorWare
【學位授予單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH703
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 微機電系統(tǒng)（MEMS）概述11-17
• 1.1.1 微機電系統(tǒng)的基本特點12-13
• 1.1.2 微機電系統(tǒng)的加工材料和加工技術(shù)13-15
• 1.1.3 微機電系統(tǒng)的應(yīng)用15-17
• 1.2 MEMS微驅(qū)動器研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 靜電微驅(qū)動器18-19
• 1.2.2 壓電驅(qū)動器19-20
• 1.2.3 電磁驅(qū)動器20-21
• 1.2.4 電熱驅(qū)動器21-23
• 1.3 論文研究的目的和意義23-24
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容24-25
• 第2章 MEMS電熱驅(qū)動器的工作原理和耦合場分析25-41
• 2.1 雙層膜工作原理25-29
• 2.2 電熱驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)和工作原理29-30
• 2.3 材料的選擇30-32
• 2.4 耦合場分析32-40
• 2.4.1 熱物理場分析32-34
• 2.4.2 加速度場分析34-36
• 2.4.3 阻尼分析36-40
• 2.5 本章小結(jié)40-41
• 第3章 MEMS電熱驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計41-54
• 3.1 驅(qū)動器模型的建立41-45
• 3.1.1 模型建立的工藝步驟41-42
• 3.1.2 驅(qū)動器的系統(tǒng)級模型42-43
• 3.1.3 模型的二維版圖及FEM模型43-45
• 3.2 驅(qū)動器的工藝流程模擬45-47
• 3.3 尺寸變化對性能的影響47-51
• 3.4 尺寸設(shè)計51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第4章 電熱驅(qū)動器的仿真與分析54-75
• 4.1 CoventorWare仿真軟件的介紹54-57
• 4.2 電熱分析57-59
• 4.3 熱傳遞分析59-63
• 4.3.1 熱傳導分析60-61
• 4.3.2 熱對流分析61-63
• 4.4 阻尼分析63-65
• 4.5 模態(tài)分析65-67
• 4.6 抗過載分析67-68
• 4.7 機械—電—熱耦合分析68-74
• 4.8 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-78
• 研究工作總結(jié)75-76
• 未來工作展望76-78
• 參考文獻78-82
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果82-83
• 致謝83-84

【參考文獻】

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本文編號：1098420