ПРОЄКТУВАННЯ І ДОСЛІДЖЕННЯ ПРУЖНИХ ЕЛЕМЕНТІВ КУПОЛОПОДІБНОГО ТИПУ ДЛЯ МІКРОЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ ПРИСТРОЇВ

Abstract

У статті представлено результати дослідження пружних елементів куполоподібного типу, що застосовуються у мікроелектромеханічних системах (МЕМС) як складові сенсорів, мікроприводів, комутаційних пристроїв та мікроманіпуляторів. Розроблено аналітико-чисельну методику проєктування та аналізу актюаторів з використанням програмних модулів «Актюатор 1.0» і «Актюатор 2.0», результати яких верифіковано у середовищі ANSYS 14.5 та експериментально. Проведено параметричне моделювання впливу основних геометричних характеристик (радіуса кривизни, товщини, радіуса опорної поверхні та діаметра центрального отвору) на робочі характеристики актюаторів. Встановлено критичні значення параметрів, за яких відбувається втрата дискретності робочої характеристики, що дозволило побудувати поверхню рівноважних станів та визначити області стабільного функціонування. Запропоновано алгоритм оптимізації конструкції із застосуванням еволюційного підходу, який забезпечує мінімізацію площі актюатора за умови заданих критичних параметрів. Отримані результати демонструють високу достовірність чисельних розрахунків, підтверджену експериментальними даними, та ефективність використання розроблених програмних засобів для синтезу і оптимізації пружних елементів МЕМС.