对于恒温器和MEMS等设备,小型,功能强大,高效的热致动器是一个不错的选择。这种类型的执行器通过施加的电压加热并变形,以使其“执行”另一个组件。热执行器涉及影响设备性能的紧密耦合的电气,热和结构现象。使用COMSOL®软188金宝搏优惠件,您可以深入了解这些多物理交互并优化热执行器设计。
热执行器:具有较大冲击力的小型设备
- 电流流过执行器
- 材料对电流的阻力会产生热量
- 热量导致热膨胀,从而取代执行器并可以改变其电阻
与加热电路不同,变形是热致动器的预期效果,因为这就是能够功能的原因。
与其他类型的执行器相比,热致致激子提供了许多优势。例如,它们通常比梳理驱动器和其他静电执行器更有效,因为它们不需要高操作电压来工作。这使它们对于诸如恒温器和安全关闭途径之类的设备有用。此外,由于其小尺寸,热致动器是MEMS的一个不错选择。大力的产生;当然,能够将电能转换为微观的运动。
像这样的微卫星可以使用热微型驱动器进行主动热控制。Roykabanlit的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 4.0, 通过Wikimedia Commons。
热致动器的某些用途(在这种情况下,在这种情况下)包括:
热致动器的设计通常比其他执行器更为复杂。它们通常必须考虑到预期的目的,因为热量必须足够高才能引起热膨胀,但不足以引起永久变形。使用多物理模拟,工程师可以分析用于现实世界使用的热执行器设计。让我们看一下使用该模型188金宝搏优惠comsolMultiphysics®软件。(注意:该模型还需要MEMS模块或者结构力学模块)
使用COMSOL®软件在热微型驾驶器中建模焦耳加热188金宝搏优惠
该示例由底物和微腔剂组成。显微驱动器有两个热臂。一只冷臂;每个手臂末端的锚点(固定到位);以及能够沿着xy-飞机。对于大多数这些表面,使用热通量边界条件来表示对流如何从设备转移到周围的空气。如果需要,该模型可以包括辐射冷却,但是此示例中不包括这种效果。(在以前的博客文章中了解有关对热辐射建模的更多信息地下电缆和实用锅炉设计)
没有应用热通量边界条件的唯一区域是锚的酒窝和底部,它们都设置为底物的恒温(293.15 K)。至于电压,在中臂的锚点处施加5 V,而上臂则接地。
三臂热驱动器的模型几何形状。
为了对电流,热产生和变形进行建模,您可以使用焦耳加热和热膨胀多物理接口。此功能会自动添加(和夫妻)三种物理的方程式,从而简单地模拟电压如何产生电流,从而产生热量。热量诱导热膨胀,如果执行执行器受到限制,则可能导致变形。
显微活性剂由多硅酸盐组成,多元素由于其与电子组件的易于整合而通常用于热微效应器。在现实世界中,随着电流流过材料并升高温度,它变得更加耐电。但是,为简单起见,该模型假设材料属性保持恒定(单向耦合)。如果您想将其转换为双向耦合,则只需要使用与温度依赖性电导率。
评估模拟结果
通过执行固定模拟,您可以根据设备的温度升高或可视化并找到最大的电流和电压来确定执行器中的位移量。您还可以计算三臂微型蒸馏器中达到的最高和最低温度,如下图所示。然后,您可以更改设计,以优化例如调整电压的预期用途的温度升高。此外,您可以修改几何形状,如下图所示,该几何形状比较了三臂微型驾驶员设计中的最高和最低温度与具有两个臂的版本。
三臂(左)和两臂(右)热微型抗体器中的最大温度。
此外,您可以确定执行器中的位移量并预测产生的应力。如下图所示,您甚至可以预测执行器中不同点的位移。
冯·米塞斯(Von Mises)在三臂(左)和两臂(右)微抗体器中的压力,显示了位移总量。
外部(顶部)和下部(底部)尖端,用于三臂(左)和两臂(右)微腔剂设计,并在其中测量位移。
另外,您可以一起查看总排量和最高(以及最低)的温度,从而可以轻松比较MEMS设计。使用结果,您可以选择适合特定用例的设计,然后对其进行优化。
表显示执行器的外部(顶部)和下(内部)尖端的总位移,以及每个设计观察到的最高温度。
下一步
是否想尝试建模热微型驱动器?单击下面的按钮进入应用程序库。您会发现该模型的分步文档以及MPH文件。
这个示例实际上存在于几种不同的“风味”中:
- 热执行器
- 这里描述的示例
- 需要结构力学模块或MEMS模块
- 热执行器 - 参数化
- 与上面的模型相同,但是几何形状被参数化,因此很容易创建几何变体
- 焦耳加热微腔剂
- 只有加热零件是建模的
- 不需要任何附加许可证
- 焦耳加热微驱动器 - 分布式参数版本
- 与上面相同的模型,但它还显示了如何在群集上分布多个参数值
- 需要浮网络许可证
- 热度驱动器简化了
- 通过在方程视图中编辑方程式而不是使用多物理耦合来包括热扩展
- 不需要任何附加许可证
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