超聲行波微流體驅(qū)動(dòng)模型的動(dòng)力學(xué)分析及聲固耦合分析.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，微流體驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)的研究已逐漸成為MEMS研究的一個(gè)熱點(diǎn)，開展對微尺度、微結(jié)構(gòu)及微功能器件的微流體機(jī)理研究，尋找合適的微流體建模方法，進(jìn)而對微流體器件的結(jié)構(gòu)及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，是目前微流體研究中亟待解決的問題之一。 超聲行波微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)在原理上不同于當(dāng)前各種微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的超聲振動(dòng)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、

2、聲輻射壓力的共同作用下，使液體沿行波方向運(yùn)動(dòng)，是一種新的微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)。作為一種新型微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)，超聲行波驅(qū)動(dòng)沒有可動(dòng)部件，所需驅(qū)動(dòng)電壓低，控制方法簡單，利于小型化，具有廣泛的應(yīng)用前景。 本文首先概述了微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)及微流體系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，回顧了微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展概況，對目前的幾種微流體驅(qū)動(dòng)技術(shù)作了介紹。 其次，介紹了壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)及其材料特性和頻率特性，詳細(xì)分析了行波的合成，通過對聲輻射壓力及聲

3、流產(chǎn)生機(jī)理的研究，得出驅(qū)動(dòng)機(jī)理與模型參數(shù)的關(guān)系，為超聲行波微流體的驅(qū)動(dòng)控制打下基礎(chǔ)。 然后，利用ANSYS有限元分析軟件，建立圓環(huán)形微流體驅(qū)動(dòng)模型，對其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析研究。通過有限元模態(tài)分析，討論了模型固有頻率與基底結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，如模型的內(nèi)徑、外徑、基體厚度，并分析了溝道尺寸對固有頻率的影響；通過諧響應(yīng)分析，激勵(lì)出所需振型，驗(yàn)證了頻率特性，得出了響應(yīng)位移隨頻率的變化特性，為模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化提供指導(dǎo)。 最后