Синтез микроактюатора дискретного действия по заданным функциональным параметрам
| Авторы: Гаврюшин С.С., Макмиллан А., Николаева А.С. | Опубликовано: 29.01.2014 |
| Опубликовано в выпуске: #1(646)/2014 | |
| Раздел: Технология и технологические машины | |
| Ключевые слова: микроактюатор, тонкостенная оболочка, большие перемещения, нелинейное деформирование, оптимизация, синтез конструкции |
В настоящее время широкое распространение в технике получили микроэлектромеханические системы. Важнейшим компонентом данных систем является микроактюатор, позволяющий преобразовать внешнее воздействие в механическое перемещение. Определение рациональных параметров микроактюаторов представляет собой актуальную задачу, для решения которой требуется разработать методику проектирования микроактюаторов. В статье предложена методика определения параметров микроактюатора дискретного действия, преобразующего давление в перемещение заданной величины. Описана математическая модель и численный алгоритм, предназначенный для анализа больших перемещений гибких тонкостенных оболочечных элементов. Алгоритм реализован в авторской программе, а также в среде конечно-элементного программного комплекса ANSYS с использованием оптимизационной программы PSE/MACROS. Приведены результаты численного синтеза реальной конструкции. Предложенная методика проектирования показала свою эффективность и может быть рекомендована для создания широкого круга микроэлектромеханических устройств.
Литература
[1] Тимошенко С.П. Устойчивость стержней, пластин и оболочек. Москва, Наука, 1971. 808 с.
[2] Ворович И.И. Математические проблемы нелинейной теории пологих оболочек. Москва, Наука, 1989. 376 с.
[3] Феодосьев В.И. Осесимметричная эластика сферической оболочки. Прикладная математика и механика, 1969, т. 33, № 2, с. 280—286.
[4] Григолюк Э.И. Тонкие биметаллические оболочки и пластины. Инженерный сборник, 1953, т. 17, с. 69—120.
[5] Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. Санкт-Петербург, Издательство Санкт-Петербургского университета, 2010. 380 с.
[6] Reissner E. On axi symmet r ical deformat ions of thin shells of revolution. Proc.Symp.Appl.Math, 1950, vol. 3, pp. 27—52.
[7] McMillan A.J., Keane A.J. Vibration isolation in a thin rectangular plate using a large number of optimally positioned. Journal of Sound and Vibration, 1997, vol. 202, no. 2, pp. 219—234.
[8] Bich D.H., Tung H.V. Non-linear axisymmetric response of funct ional ly graded shal low spherical shel ls under uniform external pressure including temperature effects. International Journal of Nonlinear Mechanics, 2011, vol. 46, no. 9, pp. 1195—1204.
[9] Li Q.S., Liu J., Tang J. Buckling of shallow spherical shells including the ef fect s of t ransver se shear deformat ion. International Journal of Mechanical Sciences, 2003, vol. 45, no. 9, pp. 1519—1529.
[10] Petersen K.E. Si l icon as a mechanical material. Proceedings of the IEEE, 1982, vol. 70, no. 5, pp. 420—457.
[11] Ştefãnescu D.M. Handbook of force transducers: principles and components. Berlin, Springer-Verlag, 2011. 612 p.
[12] Гаврюшин С.С. Чиcлeннoe мoдeлиpoвaниe и анализ процессов нелинейного деформирования гибких оболочек. Известия Академии наук СССР. Механика твердого тела, 1994, № 1, с. 109—119.
[13] Валишвили Н.В. Методы расчета оболочек вращения на ЭЦВМ. Москва, Машиностроение, 1976. 278 с.
[14] Арнольд В.И. Теория катастроф. Москва, Наука, 1990. 128 с.
[15] Григолюк Э.И., Шалашилин В.И. Проблемы нелинейного деформирования: Метод продолжения по параметру в нелинейных задачах механики твердого деформируемого тела. Москва, Наука, 1988. 232 с.
[16] Bathe K.-J. Finite element procedures in engineering analysis. New Jersey, Prentice-Hall, 1996. 1050 p.
[17] Zienkiewicz O.C. The Finite Element Method. New York, MacGrow-Hill, 1977. 737 p.
[18] Lee J.J., Oh I.-K., Lee I., Rhiu J.J. Non-linear static and dynamic instability of complete spherical shells using mixed finite element formulat ion. Internat ional Journal of Nonl inear Mechanics, 2003, vol. 38, no. 6, pp. 923—934.
[19] Crisfield M.A. A Fast Incremental/Iterative Solution Procedure that Handles «Snap Through». Computer & Structures, 1981, vol. 13, pp. 55–62.
[20] Generic Tool for Optimization. Available at: http://www. datadvance. net/products/ technology/ generic-tool-for-optimization. html (accessed 11 November 2013).
[21] The Python Tutorial. Available at: http://docs.python.org/3/tutorial/index.html (accessed 11 November 2013).
[22] Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. Москва, Дрофа, 2006. 175 с.
