柔軟弾性体の座屈を利用した流体制御マイクロアクチュエータの開発

利用柔性弹性体屈曲的流体控制微执行器的研制

• 批准号: 16760172
• 负责人: 丸山 真一
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Gunma University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760172/
• 关键词: 非線形振動; 流体関連振動; 座屈; 連続体の振動; 電磁力関連振動; はり; 柔軟構造物

微細管内の流れを制御するアクチュエータの開発は,マイクロマシン技術の進展をもたらすのみならず,人体における血流の促進など,生体医用技術の高度化にも繋がる重要な課題である.本研究では,柔軟弾性体の座屈現象を利用した,機構的に単純かつ信頼性の高いアクチュエータを開発することを目的とする.具体的には,流体が流れる柔軟微細管の近傍に,両端を軸方向に圧縮することで得た座屈後はりを配置したモデルを考える.電磁力により,はりの横方向へ外力を一時的に作用させると,はりは動的に飛び移り,もう一つの安定な平衡状態へと移行する.この結果,管路の断面積が変化する.このアクチュエータは,単独で用いれば流量調節弁として機能する.また,複数個を並列で用いて開閉のタイミングを調節すれば,一定方向に流れを生じさせることもできる.本研究では,アクチュエータおよび流れの動的挙動を分析し,ポンプとしての最適設計条件を明らかにすることを目的として,流れ場とはりの運動,電磁場についての達成数値解析コードの開発を行った.前年度に制作した流体運動の移動境界問題の解析コードを基に,はりの運動ならびに電磁場との相互作用を考慮した解析コードを制作した.解析コードを基に,ポンプとして用いるアクチュエータの性能評価を行った.アクチュエータに与える電流の振幅と波形,アクチュエータコイルの巻数比,および,はりを座屈させる初期軸圧縮変位を変え,流量に与える影響を調べた.以上の計算結果を基に,前年度に試作を行ったポンプの動作条件を変更し,動作確認を行った.その結果,条件の変更による流量向上効果を確認し,計算結果との定性的な一致を確認した.

控制微管中流动的致动器的发展不仅是微电技术的进步，而且还导致生物医​​学技术的发展，例如促进人体的血液流动。在这项研究中，目的是开发一种机械简单可靠的执行器，利用柔性弹性物体的屈曲现象。具体而言，我们考虑了一个模型，其中通过轴向压缩两端在柔性微切管附近的两端来排列后弯曲的光束，流体流动。当由于电磁力而暂时沿束的横向方向施加外力时，梁将动态跳跃并移动到另一个稳定的平衡状态。结果，管线的横截面区域发生变化。单独使用时，该执行器可以用作流控制阀。此外，如果并行使用多个单元以调整打开和关闭的时机，则可能导致流动沿特定方向。在这项研究中，我们开发了用于实现流场，光束运动和电磁场的数值分析代码，目的是分析执行器和流动的动态行为，并阐明泵的最佳设计条件。基于上一年产生的流体运动运动边界问题的分析代码，创建了一个分析代码，该代码考虑了梁的运动以及与电磁场的相互作用。基于分析代码，对用作泵的执行器进行绩效评估。应用于执行器的电流的振幅和波形，执行器线圈的转弯比以及弯曲光束弯曲的初始压缩位移，并研究了对流速的影响。基于上述计算结果，更改了上一年原型的泵的工作条件，并确认了操作。结果，确认了由于条件变化而改善流量的效果，并确认了与计算结果的定性一致性。