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

1、針對(duì)傳統(tǒng)“固-固”型微機(jī)械開(kāi)關(guān)存在信號(hào)跳變、觸點(diǎn)易磨損、接觸電阻大等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種利用水銀微液滴在變矩形截面微通道中流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)通斷的慣性微流體導(dǎo)電開(kāi)關(guān)。通過(guò)改變慣性開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)尺寸，可設(shè)計(jì)不同的閾值加速度。另外，基于電潤(rùn)濕原理，能實(shí)現(xiàn)慣性開(kāi)關(guān)的后工藝閾值修調(diào)。
　　根據(jù)慣性開(kāi)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(kāi)關(guān)在斷開(kāi)-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(dòng)態(tài)接觸角模型以及介質(zhì)上電潤(rùn)濕原理編寫(xiě)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(jì)算方法，討論了動(dòng)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(duì)開(kāi)關(guān)閾值特性和響應(yīng)時(shí)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(dòng)態(tài)過(guò)程。
　　為了降低微機(jī)械加工誤差對(duì)開(kāi)關(guān)性能的影響，給出了對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法。首先，結(jié)合解析分析和數(shù)值仿真確定影響開(kāi)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(jì)方法用于參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)具有可控因素少、水平多的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(gè)一組，通過(guò)全面試驗(yàn)獲得內(nèi)表，并利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)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。
　　最