Cyfrifo Hyblygrwydd a Dadansoddiad Perfformiad o Hybri Cylch-Cylch-Elenpse Union Uned Newydd1

Crynodebest:

Mae colfachau hyblyg yn chwarae rhan hanfodol ym maes Systemau Micro-Electromecanyddol (MEMS). Mae'r papur hwn yn cyflwyno math newydd o golfach hyblyg o'r enw colfach hyblyg hybrid hybrid cylch syth un ochr. Mae hyblygrwydd y colfach hon yn cael ei gyfrif gan ddefnyddio ail theorem Karl, ac mae'r canlyniadau'n cael eu dilysu trwy ddadansoddiad elfen gyfyngedig. Dadansoddir paramedrau strwythurol y colfach i bennu eu dylanwad ar ei hyblygrwydd. Gwneir cymhariaeth hefyd rhwng y colfachau hyblyg hybrid cylch syth un ochr ac ag ochrau dwbl, a deuir i'r casgliad bod y colfach un ochr yn cynnig gwell capasiti cylchdroi a sensitifrwydd llwyth. At ei gilydd, mae'r colfach hyblyg hybrid un ochr yn darparu datrysiad addawol ar gyfer cymwysiadau cryno a dadleoli yn fawr mewn peirianneg.

Yn y meysydd sy'n esblygu'n gyflym o dechnoleg micro-drydan-electromecanyddol, awyrofod, a pheirianneg fiolegol, nid yw mecanweithiau anhyblyg traddodiadol bellach yn ddigonol i fodloni'r gofynion dylunio a defnyddio. Mae mecanweithiau hyblyg, gyda'u maint bach, absenoldeb ffrithiant mecanyddol a bylchau, a sensitifrwydd symud uchel, wedi ennill tyniant sylweddol mewn amrywiol ddisgyblaethau, gan gynnwys peiriannau, roboteg, cyfrifiaduron, rheolaeth awtomatig, a mesur manwl gywirdeb. Cydran allweddol mecanweithiau hyblyg yw'r colfach hyblyg, sy'n defnyddio dadffurfiad elastig ac eiddo hunan-adfer i ddileu symudiad coll a ffrithiant mecanyddol, a thrwy hynny sicrhau datrysiad dadleoli uwch. Gellir dosbarthu colfachau hyblyg un echel yn seiliedig ar eu siapiau trawsdoriadol, megis arc, ongl plwm, elips, parabola, a mathau hyperbola. Ymhlith y rhain, defnyddir y colfachau ongl rownd syth ac plwm yn helaeth oherwydd eu strwythurau syml. Fodd bynnag, mewn rhai achosion lle mae lle wedi'i gyfyngu, mae'r angen am strwythurau cryno wedi arwain at ymddangosiad colfachau hyblyg un ochr, sydd wedi canfod cymwysiadau helaeth wrth fesur a lleoli manwl gywirdeb. Gan adeiladu ar fanteision colfachau hyblyg hybrid ac unochrog, mae'r papur hwn yn cynnig colfach hyblyg hybrid unochrog, sy'n cynnig dull newydd o beirianneg cymhwyso colfachau hyblyg gyda strwythurau cryno a dadleoliad mawr.

Cyfrifiad hyblygrwydd o'r colfach hyblyg hybrid cylch-cylch syth unochrog:

Mae'r colfach hyblyg hybrid hybrid cylch syth unochrog yn cynnwys hanner colfach cylch syth unochrog a hanner colfach eliptig unochrog. Mae ei baramedrau geometrig yn cynnwys lled colfach (B), lleiafswm trwch (T), radiws cylch syth (R), hyd colfach (L), echel fawr yr elips (M), ac echel lled-leiaf miniog yr elips (n). Mae'r dadansoddiad o'r colfach hyblyg yn seiliedig ar y rhagdybiaeth o drawst cantilifer anffurfiedig bach, gyda'r pen dde yn sefydlog ac anffurfiad plygu a achosir gan rym ac eiliad. Mae dylanwad llwyth echelinol yn cael ei ystyried, tra bod effeithiau cneifio a dirdro yn cael eu hesgeuluso. Yn ôl ail theorem casét, gellir pennu'r berthynas rhwng dadffurfiad colfach ym mhwynt 1 a'r llwyth cymhwysol. Mae'r fformiwla cyfrifo hyblygrwydd yn deillio yn seiliedig ar y berthynas hon a chyfesurynnau croestoriad colfach. Trwy gyfrifiadau annatod, gellir cael hyblygrwydd y colfach hyblyg hybrid cylch-cylch syth unochrog.

Cyfrifiad enghreifftiol a gwirio elfen gyfyngedig:

Perfformir cyfrifiad enghreifftiol gan ddefnyddio'r fformiwla gyfrifo hyblygrwydd sy'n deillio ar gyfer gwahanol werthoedd echel lled-leiafrif (n) yr elips. Mae'r canlyniadau'n cael eu cymharu â chanlyniadau dadansoddiad elfen gyfyngedig (FEA) i wirio cywirdeb y fformiwla. Gwelir bod y gwall rhwng y ddwy set o ganlyniadau yn llai nag 8%, gan gadarnhau dilysrwydd y fformiwla cyfrifo hyblygrwydd.

Dadansoddiad perfformiad o'r colfach hyblyg hybrid hybrid cylch syth unochrog:

Mae ei baramedrau deunydd a strwythurol yn dylanwadu ar hyblygrwydd y colfach. Mae'r fformiwla cyfrifo hyblygrwydd yn datgelu bod y modwlws elastig (E) yn gymesur yn wrthdro â lled y colfach (B). Mae paramedrau eraill, fel radiws cylch syth (R), echel lled-fawr yr elips (M), echel lled-leiaf yr elips (n), ac isafswm trwch (t), hefyd yn effeithio ar yr hyblygrwydd. Mae dadansoddiad o'r fformiwla cyfrifo hyblygrwydd yn dangos bod ei baramedrau yn fwyaf sensitif i newidiadau yn y trwch lleiaf (t) o'r colfach.

Cymhariaeth Perfformiad â Cholfach Hyblyg Hybrid Dwyochrog-Cylch-Egleripse Hybrid:

Mae'r colfach hyblyg hybrid hybrid cylch syth unochrog yn cael ei chymharu â'r colfach hyblyg hybrid cylch-cylch-cylch-cylch dwbl a gynigir yn y llenyddiaeth. Defnyddir y gymhareb hyblygrwydd fel mynegai perfformiad, a ddiffinnir fel cymhareb yr hyblygrwydd unochrog i'r hyblygrwydd dwyochrog. Mae'r canlyniadau'n dangos bod colfach hyblyg hybrid unochrog yn cynnig gwell capasiti cylchdroi a sensitifrwydd llwyth o'i gymharu â'r colfach hybrid dwyochrog.

Mae'r cynnig o fath newydd o golfach hyblyg, y colfach hyblyg hybrid unochrog, yn dod â phosibiliadau newydd ar gyfer cymwysiadau peirianneg sy'n gofyn am strwythurau cryno a dadleoliad mawr. Mae'r fformiwla cyfrifo hyblygrwydd yn deillio yn seiliedig ar ail theorem Karl a'i ddilysu trwy ddadansoddiad elfen gyfyngedig. Gwelir bod paramedrau strwythurol y colfach yn effeithio ar ei hyblygrwydd, gyda'r trwch lleiaf yn cael y dylanwad mwyaf arwyddocaol. Mae'r colfach hyblyg hybrid unochrog yn perfformio'n well na'r colfach hybrid dwyochrog o ran gallu cylchdroi a sensitifrwydd llwyth. At ei gilydd, mae'r colfach hyblyg hybrid unochrog yn cynnig rhagolygon addawol ar gyfer cymwysiadau peirianneg amrywiol.