cpba圆形压电双晶驱动器的性能分析word格式论文.docxVIP

摘要在所有涉及微机械系统（MEMS）的机械元件中，驱动器作为MEMS中的核心部件，常被认为是限制其性能和寿命的关键因素，其发展状况也成为衡量MEMS发展水平的重要标志。在众多的驱动器类型中，压电陶瓷驱动器因具有尺寸小、线性好、位移分辨率高、频率响应快、能耗低等良好的性能而备受关注。本文介绍的圆形压电双晶驱动器（Circular piezoelectric bimorph actuator, CPBA）是建立在压电材料的逆压电效应理论基础之上，由两片极性相同的圆形压电陶瓷薄片通过环氧树脂粘结在金属基层两侧构成的。由于该驱动器具有结构简单、尺寸小、质量轻、输出位移较大等特点，可广泛用于声学检测、微小型机器人驱动器、激光束偏转器、自适应光学系统、加速度计、生物化学传感器等方面。本文首先根据圆形压电双晶驱动器的具体结构形式，基于现有的压电薄板弹性理论，利用解析法近似求解，推导了在周边固支边界条件下，圆形压电双晶驱动器的固有频率及最大振幅的计算公式。其次，利用ANSYS13.0软件对选定的圆形压电双晶驱动器建立了机电耦合有限元模型，并对其进行了静力学分析、模态分析、谐响应分析及瞬态动力学分析。最后，对圆形压电双晶驱动器的压电层和基底层的结构参数、材料参数对其变形的影响进行了分析和对比，并以圆形压电双晶驱动器位移变形最大为优化目标，对圆形压电双晶驱动器的结构参数进行了优化。本文的研究工作对圆形压电双晶驱动器的设计、制造与测试具有理论指导意义。关键词：逆压电效应压电双晶片驱动器有限元分析AbstractTheactuatorasthecorecomponentsinMEMSisusuallyregardedasthekey factorinlimitingthecomponentperformanceandlifespan,anditsdevelopmenthas becomeanimportantsymbol oftheMEMSdevelopment.Comparedwiththeother actuators,piezoelectricactuatorgetsmoreattentionsbecauseofitsadvantagesof smaller size, better linear, higherresolution, fasterresponse and lower drivingpower.Circularpiezoelectricbimorphactuator （CPBA）basedonthetheoryoftheinversepiezoelectriceffect,whichconsistsofmetalthincircularplatehavingPZTon bothsides,andtheywerebonded bytheepoxyresin.CPBAiswidelyusedforacoustic detection,microminiaturerobotdriver,laserbeamdeflector,adaptiveopticalsystem, biologicalchemicalsensorandsoon,becauseofthecompacterstructure,smallersize, lighterqualityandrelativelargerdeflection.Firstly,accordingtothespecificstructureofCPBA,basedonthinplateelastic theoryofpiezoelectriccombinedwiththeanalyticmethod,equationforthecalculation ofresonancefrequenciesandmaximumamplitudeofCPBA,intheclampedboundary condition.Secondly,usingsoftwareofANSYS13.0toestablishtheelectromechanicalcouplingoffiniteelementmodel（FEM）forCPBA,andtheessayanalyzesontheCPBAforitsstaticanalysis,modalanalysis,harmonicanalysisandtransientdynamic analysis.Lastly,theessayanalyzestheimpactofthematerialandstructuralparameters oftheCPBA’smetalsubstratelayer,aswellastheimpactofthoseofitspiezoelect