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微机电系统(MEMS)器件通常利用电磁-结构、压电、热-结构等多物理场相互作用的原理来工作,了解各种物理场之间的相互作用对于设计和优化 MEMS 器件至关重要。COMSOL Multiphysics® 软件的“MEMS 模块”是一款专用于分析 MEMS 器件的理想工具。
随着器件尺寸的减小,由热、电和压电等效应引起的作用力会变得更加显著。这就意味着,在微观尺度上,驱动效率的提升使得一些在宏观尺度上无法实现的应用变得可能。
模拟 MEMS 器件和各种多物理场的相互作用
“MEMS 模块”可用于模拟石英振荡器,以及许多其他类型的压电器件,而且压电仿真还可以包含预应力和非线性效应。借助“MEMS 模块”,您还可以模拟执行器和传感器的热膨胀效应。
除了对常见的多物理场现象建模以外,“MEMS 模块”还能模拟许多复杂的多物理场相互作用,这对 MEMS 器件的精确仿真非常重要。这些相互作用包括吸湿膨胀、热弹性和压膜阻尼、双向流-固耦合(FSI)以及压阻、电致伸缩和铁电弹性效应(包括滞后效应)。
不仅如此,“MEMS 模块”还可以与其他 COMSOL Multiphysics® 附加模块一起使用。例如,与 AC/DC 模块结合使用时,可以分析磁致伸缩器件;与结构力学模块结合使用时,可以在 MEMS 器件中进行壳建模。此外,通过添加微流体模块,您还可以使用额外的工具来分析生物医学 MEMS 器件,尤其是流体流动。
运行各种结构分析
“MEMS 模块”继承了“结构力学模块”的固体力学分析功能,提供了三维、二维和二维轴对称模型中的固体力学建模选项;几乎可以分析所有与微观力学有关的现象,包括接触力、摩擦力、离心力、科里奥利力和欧拉力。为了模拟非线性材料(包括超弹性材料),您可以将“MEMS 模块”与非线性结构材料模块耦合使用。
MEMS 模块中的固体力学分析
·稳态
·特征频率
-无阻尼
-有阻尼
-预应力
·瞬态
-直接或模态叠加
·频率响应
-直接或模态叠加
-预应力
·几何非线性与大变形
·机械接触
·屈曲
·响应谱
·随机振动
·部件模态综合法
创建和导入 MEMS 设计
您可以选择在 COMSOL Multiphysics® 中使用内置的 CAD 工具来创建几何设计,也可以通过导入使用其他软件程序创建的文件来获得几何结构。
为方便您基于机械 CAD 模型执行分析,COMSOL 提供了 CAD 导入模块、设计模块和 LiveLink™ 产品来丰富其产品库,从而支持与多个领先 CAD 系统进行连接。
您可以使用 ECAD 导入模块来导入电子布局文件,包括 GDSII 格式的文件。此外,您还可以自由地耦合 ECAD 和机械 CAD 模型。