Multi-physics simulator for micromachines based on new hybrid strongly coupled analysis

基于新型混合强耦合分析的微机械多物理场模拟器

• 批准号: 23760078
• 负责人: ISHIHARA Daisuke
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-23760078/
• 关键词: 計算力学; マイクロマシン; マルチフィジクス; 有限要素法; シミュレーション; 振動解析; 連成解析; 構造‐流体‐静電界連成; MEMS

In this study, a finite element (FE) analysis using hierarchal decompositions for the interaction of structural, fluidic and electrostatic fields is applied for vibration analyses of a MEMS structural component. The interaction is partitioned into the electrostatic field and the fluid-structure interaction (FSI) using the block Gauss-Seidel method. The FSI is split into the pressure and velocity fields using a projection method. The developed FE analysis is applied for a micro cantilever beam actuated by the step electrostatic force in vacuum and air. It was demonstrated from the comparisons among the numerical and experimental results that the proposed analyses provide the results consistent with the experimental results. It follows from the present results that the numerical analyses taking into account the interaction of the structural, fluidic and electrostatic fields are required for the accurate predictions of the vibration characteristics of the MEMS structural components.

在这项研究中，基于结构、流体和静电场相互作用的层次化分解的有限元分析被应用于MEMS结构部件的振动分析。采用块Gauss-Seidel方法将相互作用划分为静电场和流固耦合。采用投影法将FSI分解为压力场和速度场。将建立的有限元分析方法应用于真空和空气中的微悬臂梁在阶跃静电力作用下的有限元分析。数值计算结果与实验结果的比较表明，本文的分析结果与实验结果吻合较好。结果表明，为了准确预测MEMS结构部件的振动特性，需要进行考虑结构、流体和静电场相互作用的数值分析。

项目成果

マイクロ片持ちはりの構造‐流体‐静電界連成有限要素解析と実験との比較

微悬臂梁结构-流体-静电场耦合有限元分析及与实验对比

• 发表时间: 2011
• 期刊: 日本機械学会第24回計算力学講演会CD-ROM論文集
• 作者: Tomo Takeda;Yasuhide Shindo;Fumio Narita;東藤正浩,但野茂;宿輪雄介,石原大輔,堀江知義,二保知也,馬場昭好
• 通讯作者: 宿輪雄介,石原大輔,堀江知義,二保知也,馬場昭好

非圧縮性流体‐弾性体連成のプロジェクション解法に関する収束性評価

不可压缩流弹体相互作用投影解法的收敛性评价

• 发表时间: 2013
• 期刊: 日本計算工学会論文集
• 作者: Yasushi Ido;Koichi Hayashi;Satoshi Ueno and Takashi Todaka;石原大輔，堀江知義，二保知也;井門康司,林浩一,飛田隼佑;石原大輔,堀江知義;井門康司,林浩一,東太寛,山田将士;石原大輔,堀江知義,二保知也,馬場昭好;石原大輔,堀江知義;井門康司，林浩一，東太寛，山田将士;石原大輔，堀江知義;井門康司，林浩一，飛田隼佑;石原大輔，堀江知義，二保知也，馬場昭好;林浩一,井門康司,伊藤匠;井門康司,林浩一,飛田隼佑;石原大輔，堀江知義
• 通讯作者: 石原大輔，堀江知義

MEMS構造要素における構造‐流体‐静電界連成の階層的分解による有限要素解析

使用 MEMS 结构元件中的结构-流体-静电场耦合的分层分解进行有限元分析

• 发表时间: 2013
• 期刊: 日本機械学会論文集A編
• 作者: Yasushi Ido;Koichi Hayashi;Satoshi Ueno and Takashi Todaka;石原大輔，堀江知義，二保知也;井門康司,林浩一,飛田隼佑;石原大輔,堀江知義;井門康司,林浩一,東太寛,山田将士;石原大輔,堀江知義,二保知也,馬場昭好
• 通讯作者: 石原大輔,堀江知義,二保知也,馬場昭好

A consistent projection method for monolithic fluid-structure interaction systems

整体流固耦合系统的一致投影方法

• 发表时间: 2013
• 作者: D. Ishihara;T. Horie
• 通讯作者: T. Horie

Finite element analysis for interaction problems of structure fluid and electrostatic field in micro cantilever beams

微悬臂梁结构流体与静电场相互作用问题的有限元分析

• 发表时间: 2012
• 期刊: Proceedings of KSME-JSME Joint Symposium on Computational Mechanics & CAE 2012
• 作者: D. Ishihara;T. Horie;T. Niho;A. Baba
• 通讯作者: A. Baba