電潤濕修調(diào)慣性微流體導(dǎo)電開關(guān)的仿真與優(yōu)化.pdf

1、針對傳統(tǒng)“固-固”型微機(jī)械開關(guān)存在信號跳變、觸點(diǎn)易磨損、接觸電阻大等缺點(diǎn)，設(shè)計了一種利用水銀微液滴在變矩形截面微通道中流動來實(shí)現(xiàn)通斷的慣性微流體導(dǎo)電開關(guān)。通過改變慣性開關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸，可設(shè)計不同的閾值加速度。另外，基于電潤濕原理，能實(shí)現(xiàn)慣性開關(guān)的后工藝閾值修調(diào)。
　　根據(jù)慣性開關(guān)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，基于Young-Laplace方程建立了慣性開關(guān)在斷開-閉合臨界狀態(tài)下的準(zhǔn)靜態(tài)閾值解析模型。分別根據(jù)Bracke、Jiang和Se

2、ebergh動態(tài)接觸角模型以及介質(zhì)上電潤濕原理編寫用戶自定義函數(shù)UDF,并采用CFD仿真軟件，基于VOF-CSF多相流數(shù)值計算方法，討論了動態(tài)接觸角、外加電壓、介質(zhì)層厚度、水銀微液滴體積以及外界溫度變化對開關(guān)閾值特性和響應(yīng)時間的影響，并模擬了加速度作用下水銀微液滴在微通道中連續(xù)變形的動態(tài)過程。
　　為了降低微機(jī)械加工誤差對開關(guān)性能的影響，給出了對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的穩(wěn)健設(shè)計方法。首先，結(jié)合解析分析和數(shù)值仿真確定影響開關(guān)閾值的微閥

3、口寬度、微通道深度、微通道側(cè)壁擴(kuò)張角等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，并將田口穩(wěn)健設(shè)計方法用于參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，利用正交試驗(yàn)設(shè)計和信噪比分析得到最優(yōu)尺寸組合。正交試驗(yàn)涉及3因素6水平，考慮到內(nèi)表設(shè)計具有可控因素少、水平多的特點(diǎn)，對傳統(tǒng)的正交試驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行了改進(jìn):各因素水平按照從小到大的順序進(jìn)行分組，再三個一組，通過全面試驗(yàn)獲得內(nèi)表，并利用正交試驗(yàn)設(shè)計內(nèi)表。這種全面試驗(yàn)和正交試驗(yàn)相結(jié)合的方式，不僅擴(kuò)大了參數(shù)的搜索范圍，而且提高了試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
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