基于PZT-Si的微机电系统微驱动器的设计与仿真分析

设计了一种基于PZT和Si的蟹爪型MEMS微驱动器,具有结构简单、响应速度快、输出位移大的特点。为了进一步优化结构、提高使用寿命,根据微驱动器的结构特征,建立了直流电压下PZT蟹爪梁的的力-电耦合数学模型,得到了驱动电压与变形量的关系曲线。采用数值模拟方法开展了压电层材料、厚度等参数对微驱动器驱动性能的影响研究,研究表明:相对于压电层厚度和输入电压的影响,压电材料性能是系统稳定性的主要影响因素。以弹性柔顺系数相对较低的"硬陶瓷"PZT-4作为压电层时,微驱动器的稳定性增强但驱动响应有所降低;而当选用弹性柔顺系数相对较大的"软陶瓷"PZT-5和PZT-5H作为压电层时,微驱动器的驱动效应增强而稳定性降低。在此基础上,对微驱动器的结构参数进行了优化分析,确定了蟹爪梁结构参数的最优组合,为微驱动器的设计和改进提供了理论指导。     

一类轴对称结构过盈装配环向预紧力的不确定性量化1)

泡沫硅橡胶材料具有良好的缓冲减振性能,已广泛应用于各工程领域。本文基于弹性力学理论解和泡沫硅橡胶材料一维可压缩Ogden二阶超弹性本构模型,建立了一类泡沫硅橡胶垫层过盈装配轴对称结构环向预紧力和工装压力的无量纲化数学预测模型;基于单向压缩材料实验数据,量化了垫层材料超弹本构模型参数的不确定性,获得了单不确定性参数表征的垫层本构模型,并以区间方法表征被防护部件材料的分散性以及装配公差,确定了系统环向预紧力和工装压力的计算参数;在此基础上,综合应用MC抽样、核密度估计、灵敏度分析与最小二乘法函数拟合等方法,量化了该类结构环向预紧力的不确定性,分析了四类不确定性的重要程度和初始设计应变对环向预紧力的影响,并获得了环向预紧力与工装压力的关系。所获得的研究成果对于该类轴对称结构的设计与评估具有重要的工程意义。     

基于PZT-Si的MEMS微驱动器的设计与仿真分析

设计了一种基于PZT和Si的蟹爪型MEMS微驱动器,该具有结构简单,响应速度快,输出位移大的特点。为了进一步优化结构、提高使用性能寿命,本文根据微驱动器的结构特征,建立了直流电压下PZT蟹爪梁的的力-电耦合数学模型,得到了驱动电压与变形量的关系曲线。采用数值模拟方法开展了压电层材料、厚度等等参数对微驱动器驱动性能的影响研究,研究表明：相对于压电层厚度和输入电压的影响,压电材料性能是系统稳定性的主要影响因素。以弹性柔顺系数相对较低的“硬陶瓷”PZT-4作为压电层时,微驱动器的稳定性增强但驱动响应有所降低;而当选用弹性柔顺系数相对较大的“软陶瓷”PZT-5和PZT-5H作为压电层时,微驱动器的驱动效应增强而稳定性降低。在此基础上,对微驱动器的结构参数进行了优化分析,确定了蟹爪梁结构参数的最优组合, 为微驱动器的设计和改进提供了理论指导。