MEMS モジュール

吸湿性膨張のためのマルチフィジックスカップリング

固体力学希釈種の輸送または多孔質媒体における希釈種の輸送が組み合わさると, 吸湿性膨張と呼ばれる新たなマルチフィジックスが生まれます. 吸湿性膨張サブノードは材料モデルノードと同じ設定になっています. この新しいマルチフィジックスカップリングを使うと希釈種の輸送または多孔質媒体における希釈種の輸送インターフェースで計算された湿度を吸湿性膨張歪に変換することができます.

MEMS圧力センサにおける吸湿性膨張による湿度と変形.(ここに示される特定の例では, 吸湿性膨張特性に加えてシェルインターフェースが使われています. シェルインターフェースは構造力学モジュールで使用可能です.) MEMS圧力センサにおける吸湿性膨張による湿度と変形.(ここに示される特定の例では, 吸湿性膨張特性に加えてシェルインターフェースが使われています. シェルインターフェースは構造力学モジュールで使用可能です.)

MEMS圧力センサにおける吸湿性膨張による湿度と変形.(ここに示される特定の例では, 吸湿性膨張特性に加えてシェルインターフェースが使われています. シェルインターフェースは構造力学モジュールで使用可能です.)

薄膜流の穿孔機能

薄膜減衰で新しい穿孔機能を利用できるようになり, エッチング孔のある構造で薄膜流をモデル化できるようになりました.

穿孔機能は, 穿孔された表面のもう一方側の周囲圧力について, 周囲圧力と圧力差のいずれにも比例した気体シンクとして機能します. この比例定数は穿孔アドミッタンス (Y) として知られており, Bao (M. Bao and H. Yang “Squeeze film air damping in MEMS”, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 136, no. 1, 3–27, 2014) によるモデルから直接定義でき, 決定できます.

穿孔設定ウィンドウと, 穿孔アドミッタンスに使用した Bao モデル. 穿孔設定ウィンドウと, 穿孔アドミッタンスに使用した Bao モデル.

穿孔設定ウィンドウと, 穿孔アドミッタンスに使用した Bao モデル.

境界流境界条件の垂直面での動きオプション

薄膜流の境界流境界条件に新しいオプションができました. 境界流タイプに垂直面での動きを選択すると, Gallis and Torczynski のモデルで境界の圧力勾配が計算されます (M. A. Gallis and J. R. Torczynski, “An Improved Reynolds-Equation Model for Gas Damping of Microbeam Motion”, Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 13, pp. 653 - 659, 2004). このモデルを表示したのは, 薄膜流領域と環境ガスの両方をモデル化する詳細な CFD シミュレーションとモンテカルロシミュレーションとの一致を示すためです. このモデルは, クヌーセン数約 1 までは希薄流と非希薄流のいずれにも適用できます.

点マトリックスの評価機能で可能になった点のテンソル量の表示

新しい点マトリックスの評価機能 (ベースパッケージで利用可能) は, 点におけるテンソル量を表示するのに便利です. 特に, 局所座標系とグローバル座標系両方のテンソル材料特性を定義する圧電素子デバイスインタフェースに便利です. その結果, たとえば局所座標系と同様にグローバル座標系でも弾性マトリックスを表示できるようになりました.

新しいチュートリアル:マイクロポンプ機構

マイクロポンプは, マイクロフルイディクスシステムの重要な構成要素であり, 生体液処理からマイクロ電子冷却まで用途は広がっています. このチュートリアルでは, 低レイノルズ数時に有効なバルブレスマイクロポンプをシミュレートして, 流体力学の可逆性を克服しています. 詰まるリスクが少なく, 生体物質にやさしいことから, マイクロフルイディクスシステムではバルブレスポンプがよく利用されています. 流体とそれにともなう構造の変形の解決には流体-構造連成インタフェースを使用します. また, グローバル ODE と DAE インタフェースでは, ポンプサイクル全体の総流量に対して時間分解した積分を実行する方法を紹介します.

受動的マイクロ流体流の整流システムにおける流体とミーゼス応力. ポンピング機構は, 水平チャンネルから垂直シャフトに流体を吸い込んでいます. チャンネルには 2 つの傾斜フラップがあり, 曲げによって流体に反応します. その場合, 流体が垂直チャンネルに吸い込まれると, フラップの非対称曲げによって右側チャンネルより左側チャンネルの流量がはるかに大きくなります. 受動的マイクロ流体流の整流システムにおける流体とミーゼス応力. ポンピング機構は, 水平チャンネルから垂直シャフトに流体を吸い込んでいます. チャンネルには 2 つの傾斜フラップがあり, 曲げによって流体に反応します. その場合, 流体が垂直チャンネルに吸い込まれると, フラップの非対称曲げによって右側チャンネルより左側チャンネルの流量がはるかに大きくなります.

受動的マイクロ流体流の整流システムにおける流体とミーゼス応力. ポンピング機構は, 水平チャンネルから垂直シャフトに流体を吸い込んでいます. チャンネルには 2 つの傾斜フラップがあり, 曲げによって流体に反応します. その場合, 流体が垂直チャンネルに吸い込まれると, フラップの非対称曲げによって右側チャンネルより左側チャンネルの流量がはるかに大きくなります.

新しいチュートリアル:圧電式レートジャイロスコープ

このチュートリアル例では音叉ベースの圧電式レートジャイロスコープを解析します. ここでは, 圧電素子デバイスインタフェースを使用します. 面内音叉モードを直接圧電効果で駆動します. 面内音叉モードは, コリオリの力で面外モードに結合され, その結果生じる垂直面での動きを逆圧電効果で検出します. 音叉のジオメトリは, 周囲モードの固有周波数を周波数空間で確実に分離する設計になっています. 本システムの周波数応答を計算し, 回転速度感度を評価します.

圧電式レートジャイロスコープの駆動モード (左)と感知モード (右). 2 つのモードは, コリオリの力で互いに連成します. 圧電式レートジャイロスコープの駆動モード (左)と感知モード (右). 2 つのモードは, コリオリの力で互いに連成します.

圧電式レートジャイロスコープの駆動モード (左)と感知モード (右). 2 つのモードは, コリオリの力で互いに連成します.

新しいチュートリアル:圧電発電機

このチュートリアルでは, 圧電素子デバイスインタフェースで簡単なカンチレバー方式の圧電発電機を解析する方法を紹介します. 発電機に正弦波加速を加えて, 周波数, 負荷インピーダンス, 加速度の関数で出力を評価します.

負荷インピーダンスの関数としての入力機械力, 出力電力, 電圧. 負荷インピーダンスの関数としての入力機械力, 出力電力, 電圧.

負荷インピーダンスの関数としての入力機械力, 出力電力, 電圧.

新しいチュートリアル:圧電バルブ

圧電バルブは応答時間が短く, 動作音が静かなため, 医療用途や実験用途でよく利用します. エネルギー効率にすぐれた動作によってほとんど熱を発生せず, それらの用途ではこれが重要な要件になっています.

このチュートリアルでは, 積み重ねた圧電アクチュエーターで圧電バルブを起動します. これをモデル化するため、圧電素子デバイスインタフェースと接触機能を併用します. アクチュエーターで開いたバルブに対して超弾性シールを押し付け, 接触圧を連成します.

圧電バルブ表面のミーゼス応力. 圧電バルブ表面のミーゼス応力.

圧電バルブ表面のミーゼス応力.

新しいチュートリアル:ディスク共振器アンカー損失

このチュートリアルでは, 固体力学インタフェースでダイヤモンドディスク共振回路のアンカー損失限定品質係数を計算する方法を紹介します. 共振回路はポリシリコンポストで基板に固定され, 電源はポスト経由で基板に伝えられます. 本質的に無限の基板は, 完全に合致した層で表現します. このチュートリアルは, グルノーブルで開催した COMSOL Conference 2007 で発表された論文によるものです (P. Steeneken \"Parameter Extraction and Support-Loss in MEMS Resonators\", COMSOL Users Conference 2007, Grenoble).

アンカー損失をわかりやすくカラースケールで示した構造の合計変位. アンカー損失をわかりやすくカラースケールで示した構造の合計変位.

アンカー損失をわかりやすくカラースケールで示した構造の合計変位.