MEMS Module

Multiphysics Coupling for Hygroscopic Swelling

When Solid Mechanics is combined with one of the Transport of Diluted Species or Transport of Diluted Species in Porous Media interfaces, a new multiphysics coupling called Hygroscopic Swelling is created. It has the same settings as the Hygroscopic Swelling subnode to the material model nodes. With this new multiphysics coupling, you are able to transfer a concentration of moisture, computed in the Transport of Diluted Species or Transport of Diluted Species in Porous Media interfaces, into a hygroscopic swelling strain.

Moisture concentration and deformations in a MEMS pressure sensor due to hygroscopic swelling. (The particular example shown here uses the shell interface in addition to the hygroscopic swelling feature. The shell interface is available with the Structural Mechanics Module.) Moisture concentration and deformations in a MEMS pressure sensor due to hygroscopic swelling. (The particular example shown here uses the shell interface in addition to the hygroscopic swelling feature. The shell interface is available with the Structural Mechanics Module.)

Moisture concentration and deformations in a MEMS pressure sensor due to hygroscopic swelling. (The particular example shown here uses the shell interface in addition to the hygroscopic swelling feature. The shell interface is available with the Structural Mechanics Module.)

Recurso de perfurações para fluxo de filme fino

Um novo recurso de perfurações está disponível para amortecimento de filme fino, possibilitando a modelagem de fluxo de filme fino em estruturas com furos gravados.

O recurso de perfurações atua como um dissipador de gás, proporcional tanto à pressão ambiente quanto à diferença de pressão em relação à pressão ambiente do outro lado da superfície perfurada. A constante de proporcionalidade é conhecida como Admitância de perfuração (Y) e pode ser definida diretamente ou a partir do modelo, de acordo com Bao (M. Bao e H. Yang, “Squeeze film air damping in MEMS”, Sensors and Actuators A: Physical, vol. 136, nº 1, 3–27, 2014).

A janela de configurações de Perfurações com o modelo Bao utilizado para a Admitância de perfuração. A janela de configurações de Perfurações com o modelo Bao utilizado para a Admitância de perfuração.

A janela de configurações de Perfurações com o modelo Bao utilizado para a Admitância de perfuração.

Opção de movimento fora do plano para condição de contorno de fluxo de borda

Uma nova opção está disponível para a condição de contorno de Fluxo de Borda para fluxo em filme fino. Selecionar Movimento fora do plano para o tipo de Fluxo de Borda calcula a gradiente de pressão no contorno usando o modelo de Gallis e Torczynski (M. A. Gallis e J. R. Torczynski, “An Improved Reynolds-Equation Model for Gas Damping of Microbeam Motion”, Journal of Microelectromechanical Systems, vol. 13, pp. 653 - 659, 2004). Esse modelo demonstrou estar bem de acordo com as simulações CFD e Monte Carlo detalhadas, que modelam tanto o domínio do fluxo de filme fino quanto o gás circundante. O modelo se aplica tanto para fluxos rarefeitos quanto não rarefeitos, até os números de Ksunden de aproximadamente um.

O Recurso de Avaliação de Matriz de Ponto habilita a exibição de Quantidades de Tensor em um ponto

O novo recurso de Avaliação de Matriz de Ponto (disponível no pacote básico) possibilita a exibição conveniente de quantidades de tensor em um ponto. Isso é particularmente útil para a interface Dispositivos Piezelétricos, que define propriedades de material de tensor nos sistemas de coordenadas globais e locais. Como consequência, agora é possível visualizar, por exemplo, a matriz de elasticidade no sistema global, assim como no local.

Novo Tutorial: Mecanismo de microbomba

Microbombas são componentes essenciais de sistemas de microfluidos, com aplicações que variam desde manuseio de fluidos biológicos até resfriamento microeletrônico. Esse tutorial simula o mecanismo de uma microbomba sem válvulas, projetada para ser eficaz a números de Reynolds baixos e, portanto, superando a reversibilidade hidrodinâmica. Bombas sem válvulas frequentemente são preferidas em sistemas de microfluidos, pois minimizam o risco de entupimento e são suaves em material biológico. A interface Interação Fluido-Estrutura é usada para solucionar o fluxo do fluido e a deformação da estrutura associada. Adicionalmente, a interface ODEs e DAEs Globais é usada para demonstrar como realizar uma integração resolvida no tempo do fluxo total ao longo do ciclo de bombeamento.

Fluxo de fluidos e tensão de von Mises no interior de um sistema de retificação de fluido microfluídico passivo. Um mecanismo de bombeamento drena fluido para o interior da haste vertical do canal horizontal. O canal contém duas abas inclinadas, que respondem com flexão ao fluxo de fluido. Nesse caso, quando o fluido é drenado para o interior do canal vertical, a flexão assimétrica das abas resulta em um fluxo muito maior do canal esquerdo do que do canal direito. Fluxo de fluidos e tensão de von Mises no interior de um sistema de retificação de fluido microfluídico passivo. Um mecanismo de bombeamento drena fluido para o interior da haste vertical do canal horizontal. O canal contém duas abas inclinadas, que respondem com flexão ao fluxo de fluido. Nesse caso, quando o fluido é drenado para o interior do canal vertical, a flexão assimétrica das abas resulta em um fluxo muito maior do canal esquerdo do que do canal direito.

Fluxo de fluidos e tensão de von Mises no interior de um sistema de retificação de fluido microfluídico passivo. Um mecanismo de bombeamento drena fluido para o interior da haste vertical do canal horizontal. O canal contém duas abas inclinadas, que respondem com flexão ao fluxo de fluido. Nesse caso, quando o fluido é drenado para o interior do canal vertical, a flexão assimétrica das abas resulta em um fluxo muito maior do canal esquerdo do que do canal direito.

Novo Tutorial: Giroscópio de Taxa Piezelétrica

Um giroscópio de taxa piezelétrica baseado em diapasão é analisado nesse exemplo de tutorial, que usa a interface Dispositivos Piezelétricos. O efeito piezelétrico direto é usado para conduzir um modo de diapasão no plano, que é acoplado a um modo fora do plano pela força Coriolis, e o movimento resultante fora do plano é sentido pelo efeito piezelétrico reverso. A geometria dos diapasões é projetada para assegurar que as frequências próprias dos modos próximos sejam separadas no espaço de frequência. A resposta de frequência do sistema é calculada e a sensibilidade da taxa de rotação é avaliada.

Modo de condução (esquerda) e modo de sentido (direita) de um giroscópio de taxa piezelétrica. Os dois modos são acoplados pela força Coriolis. Modo de condução (esquerda) e modo de sentido (direita) de um giroscópio de taxa piezelétrica. Os dois modos são acoplados pela força Coriolis.

Modo de condução (esquerda) e modo de sentido (direita) de um giroscópio de taxa piezelétrica. Os dois modos são acoplados pela força Coriolis.

Novo Tutorial: Coleta de energia piezelétrica

Esse tutorial mostra como analisar um coletor simples de energia piezelétrica, baseado em cantiléver, usando a interface Dispositivos Piezelétricos. Uma aceleração senoidal é aplicada ao coletor de energia, e a potência de saída é avaliada como uma função da frequência, da impedância de carga e da magnitude da aceleração.

Insira energia mecânica, energia elétrica de saída e voltagem como uma função de impedância de carga. Insira energia mecânica, energia elétrica de saída e voltagem como uma função de impedância de carga.

Insira energia mecânica, energia elétrica de saída e voltagem como uma função de impedância de carga.

Novo Tutorial: Válvula piezelétrica

Válvulas piezelétricas são frequentemente empregadas em aplicações médicas e laboratoriais, devido aos seus rápidos tempos de resposta e operação silenciosa. Sua operação de energia eficaz dissipa pouco calor, o que frequentemente é importante nessas aplicações.

Nesse tutorial, uma válvula piezelétrica é acionada por um acionador piezelétrico empilhado. Para modelar isso, a interface Dispositivos Piezelétricos é usada em conjunto com o recurso Contato. Um selo hiperelástico é comprimido contra uma abertura de válvula pelo acionador, e a pressão de contato é calculada.

A tensão de von Mises na superfície de uma válvula piezelétrica. A tensão de von Mises na superfície de uma válvula piezelétrica.

A tensão de von Mises na superfície de uma válvula piezelétrica.

Novo Tutorial: Perdas de âncora de ressonador de disco

Esse tutorial mostra como calcular o fator de qualidade limitada de perda de âncora de um ressonador de disco de diamante usando a interface Mecânica de Sólidos. O ressonador é ancorado a um substrato com um pilar de silício policristalino, e a energia é transmitida para o substrato através do pilar. Uma camada perfeitamente correspondente é usada para representar o substrato essencialmente infinito. O tutorial foi baseado em um artigo apresentado na COMSOL Conference 2007 em Grenoble (P. Steeneken, \"Parameter Extraction and Support-Loss in MEMS Resonators\", COMSOL Users Conference 2007, Grenoble).

Deslocamento total da estrutura exibida em uma escala de cores, para que as perdas de âncora sejam claramente visíveis. Deslocamento total da estrutura exibida em uma escala de cores, para que as perdas de âncora sejam claramente visíveis.

Deslocamento total da estrutura exibida em uma escala de cores, para que as perdas de âncora sejam claramente visíveis.