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磁致伸縮薄膜-基底懸臂梁微致動器的設(shè)計與優(yōu)化.pdf
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磁致伸縮薄膜-基底懸臂梁微致動器的設(shè)計與優(yōu)化 ,從最基本的力學平衡方程出發(fā)獲得了適應于任意磁膜/基底厚度比、自由端施加點荷載的磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)彎曲問題的嚴格解,針對材料的幾何參數(shù)和物理參數(shù)著重分析研究了構(gòu)成微致動器懸臂梁的設(shè)計與優(yōu)化問題,給出了微致動器應用...歡迎下載!
paper.edu 磁致伸縮薄膜-基底懸臂梁微致動器的設(shè)計與優(yōu)化1 那日蘇,云國宏,榮建紅 內(nèi)蒙古理工學院,呼和浩特(010021) E-mail:ndghyun@imu.edu 摘 要:從最基本的力學平衡方程出發(fā)獲得了適應于任意磁膜/基底厚度比、自由端施加點 荷載的磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)彎曲問題的嚴格解,針對材料的幾何參數(shù)和物理參數(shù)著重分析 研究了構(gòu)成微致動器懸臂梁的設(shè)計與優(yōu)化問題,給出了微致動器應用的最佳條件,并澄清了 一些理論問題。
結(jié)果表明:當基底厚度固定時,磁膜和基底厚度之比越大,懸臂梁的帶載能 力越強,即輸出力越大;而當懸臂梁整體厚度固定時,其自由端的輸出力將出現(xiàn)惟一的一個 極大值,此極大值隨著材料強度比的增加將減小,同時相應的厚度比將減小。
無論是基底的 還是整體的厚度固定,懸臂梁中兩種材料的泊松比對其自由端輸出力的影響都很大,不可忽 略。
關(guān)鍵詞:磁膜-基底系統(tǒng),懸臂梁,撓度,致動器,輸出力 中圖分類號:O441.2,O343.1 1.引言 微致動器[1-2]和傳感器[3]是近年來微電機械系統(tǒng)(MEMS)[1-5]研究的重要內(nèi)容,而基于 納米磁性材料研制的微電機械器件又有很多優(yōu)于壓電材料的特性:如非接觸驅(qū)動、低場高響 應、高荷載等等[5],特別是以巨磁致伸縮材料為基礎(chǔ)設(shè)計的磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)構(gòu)成的微 致動器和傳感器等器件更具有廣泛的應用前景[6]。
由于微致動器系統(tǒng)中重點利用的是材料的 伸縮特性和機-電磁耦合效應,這就要求磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)在外驅(qū)動場和負載作用下能夠 提供足夠大的響應,因此分析研究磁致伸縮懸臂梁的彎曲特性和負載特性是微致動器設(shè)計和 應用的重要基礎(chǔ)[6-7]。
當磁膜厚度遠遠小于基底厚度時,磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)的彎曲問
paper.edu 磁致伸縮薄膜-基底懸臂梁微致動器的設(shè)計與優(yōu)化1 那日蘇,云國宏,榮建紅 內(nèi)蒙古理工學院,呼和浩特(010021) E-mail:ndghyun@imu.edu 摘 要:從最基本的力學平衡方程出發(fā)獲得了適應于任意磁膜/基底厚度比、自由端施加點 荷載的磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)彎曲問題的嚴格解,針對材料的幾何參數(shù)和物理參數(shù)著重分析 研究了構(gòu)成微致動器懸臂梁的設(shè)計與優(yōu)化問題,給出了微致動器應用的最佳條件,并澄清了 一些理論問題。
結(jié)果表明:當基底厚度固定時,磁膜和基底厚度之比越大,懸臂梁的帶載能 力越強,即輸出力越大;而當懸臂梁整體厚度固定時,其自由端的輸出力將出現(xiàn)惟一的一個 極大值,此極大值隨著材料強度比的增加將減小,同時相應的厚度比將減小。
無論是基底的 還是整體的厚度固定,懸臂梁中兩種材料的泊松比對其自由端輸出力的影響都很大,不可忽 略。
關(guān)鍵詞:磁膜-基底系統(tǒng),懸臂梁,撓度,致動器,輸出力 中圖分類號:O441.2,O343.1 1.引言 微致動器[1-2]和傳感器[3]是近年來微電機械系統(tǒng)(MEMS)[1-5]研究的重要內(nèi)容,而基于 納米磁性材料研制的微電機械器件又有很多優(yōu)于壓電材料的特性:如非接觸驅(qū)動、低場高響 應、高荷載等等[5],特別是以巨磁致伸縮材料為基礎(chǔ)設(shè)計的磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)構(gòu)成的微 致動器和傳感器等器件更具有廣泛的應用前景[6]。
由于微致動器系統(tǒng)中重點利用的是材料的 伸縮特性和機-電磁耦合效應,這就要求磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)在外驅(qū)動場和負載作用下能夠 提供足夠大的響應,因此分析研究磁致伸縮懸臂梁的彎曲特性和負載特性是微致動器設(shè)計和 應用的重要基礎(chǔ)[6-7]。
當磁膜厚度遠遠小于基底厚度時,磁膜-基底懸臂梁系統(tǒng)的彎曲問
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