靜電微泵理論設計及動態(tài)分析.pdf

1、本文以靜電微泵為對象進行較為廣泛而深入的研究. 分析尺寸效應的研究內(nèi)容,研究微流體特性物理量的尺寸效應.給出常用物理量的尺寸效應.以固支梁為例,建立F-V類比法等效電路,給出管道的等效電路圖.對于MEMS器件的研究提供依據(jù). 利用板殼理論建立微泵泵膜的變形方程,建立泵膜的自由振動方程的數(shù)學模型,分析閥單元的組成和分類,對單向閥和無閥微泵采用的擴散口/噴嘴進行建模.對微泵的流量和壓力兩項重要特性進行理論分析,得到流量與壓力

2、的數(shù)學表達式.這對微泵的研究有重要的指導作用. 建立尺寸效應的絕對值、相對值和靈敏度的泛函表達式,定性的分析初等函數(shù)的尺寸效應研究方法.建立靜電力的計算公式,利用泛函分析靜電力的尺寸效應.證明靜電力具有快的響應速度和較高的功率能量密度.分析靜電吸合現(xiàn)象,給出吸合電壓的計算公式,以圓形泵膜為例,研究吸合電壓的尺寸效應及泵膜幾何尺寸對吸合電壓的影響,得到靜電間隙與泵膜厚度對吸合電壓呈現(xiàn)正尺寸效應,其中吸合電壓對靜電間隙的靈敏度較大；

3、泵膜半徑則呈現(xiàn)負尺寸效應.這為靜電致動器的精確控制與設計提供依據(jù). 采用ANSYS軟件對靜電無閥微泵進行動態(tài)分析.通過耦合分析,確定在一定范圍內(nèi),膜片撓度和致動電壓呈一定線性關系,電壓越高撓度越大,得到膜片厚度越薄,產(chǎn)生的體積變化越大.確定膜片厚度和固有頻率呈線性比例,膜片越厚,固有頻率越高,得到微泵的理論輸出流量和輸出壓力.通過適當降低泵膜厚度,提高微泵致動電壓,使微泵致動頻率與泵膜一階固有頻率相接近,來提高微泵的工作效率.分