УДК681.51

ВЛИЯНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОРТОТРОПИИ НА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНО-ВОЗМУЩЕННОГО ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО АКСЕЛЕРОМЕТРА

Галкина С. А., Барулина М. А.


Ссылка для цитирования: Галкина С.А., Барулина М.А. Влияние направления ортотропии на напряженно-деформированное состояние температурно-возмущенного чувствительного элемента микромеханического акселерометра // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 1. С. 147–152. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-1-147-152

Аннотация

 Представлены результаты исследований влияния направления осей ортотропии материала чувствительного элемента микромеханического акселерометра на его деформированное состояние в условиях присутствия тепловых возмущений. Предложена математическая модель тонкой ортотропной температурно-возмущенной пластины для случая несовпадения координатных осей с направлением ортотропии материала чувствительного элемента датчика. Разработано программное обеспечение для изучения влияния рассогласования координатных осей и направления ортотропии на напряженно-деформированное состояние чувствительного элемента, которое по точности результатов моделирования сопоставимо с программным комплексом ANSYS. С помощью разработанного программного обеспечения проведено компьютерное моделирование, получены зависимости поля перемещений однородно нагретого чувствительного элемента от угла рассогласования координатных осей и направления ортотропии. В результате компьютерного моделирования выявлено наличие рассогласования направления осей ортотропии и координатных осей, приводящих к нарушению симметрии в деформации пластины при равномерном нагреве. В ходе исследований определен нелинейный характер зависимости напряженно-деформированного состояния температурно-возмущенного датчика от угла рассогласования направления осей ортотропии и координатных осей. Показано, что изменение величины максимального прогиба при различных значениях угла рассогласования не превышает 3,2% от номинального. Однако в условиях внешних динамических, тепловых и механических воздействий кумулятивный эффект от изменения величины максимального прогиба может оказать значительное влияние на характеристики микромеханического акселерометра, поэтому представляется целесообразным дальнейшее исследование влияния рассогласования направления осей ортотропии и координатных осей на параметры датчиков инерциальной информации.


Ключевые слова: микромеханический датчик, микромеханический акселерометр, чувствительный элемент, ортотропность, напряженно-деформированное состояние

Благодарности. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 16-19-10290.

Список литературы
 1.      Пешехонов В.Г. Современное состояние и перспективы развития гироскопических систем // Гироскопия и навигация. 2011. № 1 (72). С. 3–16.
2.      Джашитов В.Э., Панкратов В.М. Датчики, приборы и системы авиакосмического и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий. СПб: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2005. 404 с.
3.      Распопов В.Я. Микромеханические приборы. Учебное пособие. Тула: Тул. гос. университет, 2002. 392 с.
4.      Hopcroft M.A., Nix W.D., Kenny T.W. What is the young’s modulus of silicon? // Journal of Microelectromechanical Systems. 2010. V. 19. N 2. P. 229–238. doi: 10.1109/jmems.2009.2039697
5.      Reddy J.N. Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells. Theory and Analysis. 2nd ed. CRC Press, 2004. 831 р.
6.      Beeby S., Ensell G., Kraft M., White N. MEMS Mechanical Sensors. Norwood: Artech House, 2004. 281 p.
7.      Барулина М.А., Джашитов В.Э., Панкратов В.М., Калинин М.А., Папко А.А. Математическая модель микромеханического акселерометра с учетом температурных воздействий, термоупругого напряженно-деформированного состояния и динамических эффектов // Гироскопия и навигация. 2008. № 1. С. 55–70.
8.      Connely I., Barbour N. et al. Manufacturing micromachined inertial sensor systems // Proc. 4th Int. Conf. on Integrated Navigation Systems. St. Petersburg, CSRI Elektropribor', 1997. Part 1. P. 362–370.
9.      Christensen R.M. Mechanics of cellular and other low-density materials // International Journal of Solids and Structures. 2000. V. 37. N 1-2. P. 93–104. doi: 10.1016/s0020-7683(99)00080-3
10.   Голованов А.П., Тюленева О.Н., Шигабутдинов А.Ф. Метод конечных элементов в статике и динамике тонкостенных конструкций. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 392 с.
11.   Cheng X., Xue W. Linear finite element approximations for the Timoshenko beam and the shallow arch problems // Journal of Computational Mathematics. 2002. V. 20. N 1. P. 15–22.
12.   Berzeri M., Shabana A.A. A Finite Element Study of the Geometric Centrifugal Stiffening Effect. Technical Report #MBS99-5-UIC. Chicago, University of Illinois, 1999.
13.   Rades M. Finite Element Analysis. Printech, 2006. 274 p.
14.   Greening P.D. Dynamic Finite Element Modelling and Updating of Loaded Structures. PhD Thesis. University of Bristol, UK, 1999.
15.   Alawadhi E.M. Finite Element Simulations Using ANSYS. CRC Press, 2010. 408 p.
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика