超聲行波微流體驅(qū)動圓環(huán)和圓筒模型的有限元分析.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)在生物醫(yī)學工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，微流體驅(qū)動與控制技術(shù)的研究已逐漸成為MEMS研究的一個熱點。超聲行波微流體驅(qū)動技術(shù)在原理上不同于當前各種微流體驅(qū)動技術(shù)，是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的超聲振動在輸送管道中激起行波，并在管道內(nèi)的流體介質(zhì)中產(chǎn)生行波聲場，在聲流、聲輻射壓等共同作用下，使液體沿行波方向運動。作為一種新型微流體驅(qū)動技術(shù)，超聲行波驅(qū)動具有沒有可動部件，所需驅(qū)動電壓低，控制方法簡單，利于小型化等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景

2、。 本文概述了微機電系統(tǒng)（MEMS）及微流體系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，對目前的幾種微流體驅(qū)動與控制技術(shù)作了介紹?；趬弘娞沾傻哪鎵弘娦?yīng)及其材料特性和頻率特性，簡述了行波的合成，通過對聲輻射壓力及聲流產(chǎn)生機理的研究，得出驅(qū)動機理與模型參數(shù)的關(guān)系，為超聲行波微流體的驅(qū)動控制打下理論基礎(chǔ)。 介紹了超聲行波微流體驅(qū)動有限元分析理論基礎(chǔ)?；谟邢拊?，建立了壓電陶瓷的有限元模型進行了推導，介紹了耦合場分析、模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析理論、理想介

3、質(zhì)的基本方程、聲波的有限元分析理論以及聲固耦合問題。 利用ANSYS有限元分析軟件，建立圓環(huán)形微流體驅(qū)動模型，通過有限元模態(tài)分析，得到模型的固有頻率和振型，討論了模型固有頻率與尺寸參數(shù)的關(guān)系，如模型的內(nèi)徑、外徑、彈性體厚度、壓電陶瓷厚度等；通過諧響應(yīng)分析，激勵出所需振型，驗證了頻率特性，分析了位移與頻率的關(guān)系，比較三種模態(tài)下的幅值變化，為流體單元的分析打下基礎(chǔ)。進行了超聲行波微流體驅(qū)動模型的聲固耦合模態(tài)分析，通過對耦合模型與非耦

4、合模型的對比分析，得出聲場對模型固有頻率的影響；進行了諧響應(yīng)分析，對比了B（0，5）模態(tài)的振幅和聲壓分布。 建立了超聲行波驅(qū)動的圓筒模型，進行模態(tài)分析，得到需要的振型和固有頻率。在圓筒模型的內(nèi)部填充流體介質(zhì)，進行聲固耦合分析，得到各模態(tài)振型、頻率及聲壓分布，分析聲壓云圖與模態(tài)分析中的位移云圖的關(guān)系；進一步分析了不同流體介質(zhì)空氣和水對固有頻率的影響。選擇空氣作為流體介質(zhì)對圓筒模型進行流固耦合分析，簡述流固耦合的原理，介紹了流固耦合