激光驱动MEMS器件仿真以及深度优化

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1、学校代码：10259学号：156091112密级：公开上海应用技术大学硕士学位论文题目：激光驱动MEMS器件仿真以及深度优化英文题目：Laser-drivenMEMSdevicesimulationanddepthoptimization专业：机械制造及其自动化学院：机械工程学院研究方向：MEMS器件仿真姓名：张洋洋指导教师：伍林教授2018年5月24日激光驱动MEMS器件仿真以及深度优化摘要MEMS技术是二十世纪发展起来的新兴的学科，它是一门涉及到机械、电子、生物、化学、光学、物理学等多个学科的综合性技术。随着微纳米技术的

2、发展，这门学科带来的经济效益越来越明显，各界人士对于这门学科越来越重视。本文将激光作为MEMS器件的驱动力进行了以下几个方面的研究：（1）详细介绍了MEMS器件的发展历程以及MEMS的驱动原理。通过对比不同的驱动方式优缺点引入了激光驱动方式；（2）研究激光与物质相互作用原理以及有限元的建模过程，建立了激光打孔的传热物理模型和MEMS器件的传热模型。对热传递产生的温度分布以及热应力做了分析，为下文激光驱动模型奠定了基础；（3）提出一种基于微尺度热膨胀效应的激光光热驱动双层悬臂梁结构的模型。将激光作为加热源，耦合到双层悬臂梁弯曲

3、的数学模型中，推导出一维的激光加热双层悬臂梁产生垂直位移的物理模型。根据激光的参数，计算得到激光功率与垂直位移之间的理论关系曲线。利用COMSOL软件仿真结果表明，激光功率与垂直位移之间是呈线性的关系。（4）引进了神经网络模型，对有限元模型进行深度优化，使得整个建模过程更加高效简洁。首先建立飞轮转动的应力应变物理方程，得到飞轮旋转的应力分布曲线。将神经网络模型引入到飞轮结构优化上，与有限元模型得到的结果进行对比分析，得到最优的飞轮结构轮廓。再将神经网络的方法引入到MEMS器件仿真深度优化，结果表明利用神经网络构建的优化模型更

4、简单，整个设计过程更加高效、简洁。关键词：MEMS,激光驱动,有限元,传热,神经网络Laser-drivenMEMSdevicesimulationanddepthoptimizationAbstractMEMStechnologyisanewdisciplinedevelopedinthe20thcentury.Itisacomprehensivetechnologyinvolvingmanydisciplinessuchasmechanics,electronics,biology,chemistry,optics,an

5、dphysics.Withthedevelopmentofmicro-nanotechnology,theeconomicbenefitsbroughtbythisdisciplinehavebecomemoreandmoreobvious.Peoplefromallwalksoflifearepayingmoreandmoreattentiontothissubject.Inthispaper,laserisusedasthedrivingforceofMEMSdevicesinthefollowingaspects:（1

6、）ThedevelopmentofMEMSdevicesandthedrivingprinciplesofMEMSareintroducedindetail.ThevariousstagesofMEMSdesignareintroduced,andthefocusofthisarticleisdevicesimulationofMEMSstructures.Listthedrivingprinciplesofdifferentmethodsandcomparetheadvantagesanddisadvantagesofea

7、chdrivingmethod;（2）Theprincipleoflaserandmaterialactionandthemodelingprocessoffiniteelementareexplainedindetail,andthephysicalmodelofheattransferbylaserdrillingisestablished.Theprincipleoflaserandmaterialactionandthemodelingprocessoffiniteelementareexplainedindetai

8、l,andthephysicalmodelofheattransferbylaserdrillingisestablished.TheheattransfermodelofMEMSdeviceisconstructed,andthetemperaturedistributionandthe