超聲行波微流體驅動模型的動力學分析及聲固耦合分析.pdf

1、隨著MEMS技術在生物醫(yī)學工程領域的廣泛應用，微流體驅動與控制技術的研究已逐漸成為MEMS研究的一個熱點，開展對微尺度、微結構及微功能器件的微流體機理研究，尋找合適的微流體建模方法，進而對微流體器件的結構及參數(shù)進行優(yōu)化研究，是目前微流體研究中亟待解決的問題之一。 超聲行波微流體驅動技術在原理上不同于當前各種微流體驅動技術，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應產生的超聲振動在輸送管道中激起行波，并在管道內的流體介質中產生行波聲場，在聲流、

2、聲輻射壓力的共同作用下，使液體沿行波方向運動，是一種新的微流體驅動技術。作為一種新型微流體驅動技術，超聲行波驅動沒有可動部件，所需驅動電壓低，控制方法簡單，利于小型化，具有廣泛的應用前景。 本文首先概述了微機電系統(tǒng)(MEMS)及微流體系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，回顧了微流體驅動技術的國內外發(fā)展概況，對目前的幾種微流體驅動技術作了介紹。 其次，介紹了壓電陶瓷的逆壓電效應及其材料特性和頻率特性，詳細分析了行波的合成，通過對聲輻射壓力及聲

3、流產生機理的研究，得出驅動機理與模型參數(shù)的關系，為超聲行波微流體的驅動控制打下基礎。 然后，利用ANSYS有限元分析軟件，建立圓環(huán)形微流體驅動模型，對其動力學特性進行了分析研究。通過有限元模態(tài)分析，討論了模型固有頻率與基底結構參數(shù)的關系，如模型的內徑、外徑、基體厚度，并分析了溝道尺寸對固有頻率的影響；通過諧響應分析，激勵出所需振型，驗證了頻率特性，得出了響應位移隨頻率的變化特性，為模型結構設計的進一步優(yōu)化提供指導。 最后