平面型无阀微泵流固耦合模态分析

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1、2009年12月机械科学与技术December2009第28卷第12期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol.28No.12平面型无阀微泵流固耦合模态分析1121李俊，应济，沈雪明，徐亮12(浙江大学机械工程学系，杭州310027;浙江申达机械制造有限公司，杭州310038)李俊摘要:为研究平面型无阀微泵工作时的振动特性，分析了湿模态法提取泵膜流固耦合模态的过程，并利用ANSYS建立了泵膜-腔内流体耦合的有限元模型，通过结构模态分析中的非对称

2、法提取了泵膜的无阻尼湿模态，得到了微泵结构尺寸和腔内流体压力对泵膜湿模态的影响。结果显示，湿模态频率相对干模态频率有大幅度地下降，振型类似;湿模态频率随着泵腔高度的增加而逐渐增大;在微泵工作压力范围内，腔内流体压力对湿模态没有影响。关键词:无阀微泵;流固耦合;湿模态;模态分析;有限元法中图分类号:TH323;O361.4文献标识码:A文章编号:1003-8728(2009)12-1604-04ModalAnalysisofLiquid-solidCouplingSystemofFlat-walledValveles

3、sMicropumps1121LiJun，YingJi，ShenXueming，XuLiang1(DepartmentofMechanicalEngineering，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027;2ZhejiangShendaMechanicalManufacturingLimtedCompany，Hangzhou310038)Abstract:Toinvestigatethevibrationcharacteristicsofvalvelessmicropumps，theli

4、quid-solidcouplingmodeofmicropumpmembranewasextractedbythewetmodalmethodignoringtheinfluenceofdamping.Afiniteelementmodelforliquid-solidcouplingsystemwasbuiltwithsoftwareANSYS，andthewetmodeofthemembranewasex-tractedusingunsymmetricmethodofstructuralmodalanalys

5、is.Theeffectsofgeometricparametersandfluidpres-sureonthemembranewetmodewereinvestigated.Itshowsthatthefrequencyofthewetmodeismuchlowerthanthatofthedrymode，butthemodeshapesaresimilar.Thehigherthemicropumpchamber，thegreatertheinflu-enceonthewetmodeinacertainrang

6、e.Thefluidpressureofthepumpchamberhaslittleeffectonthewetmode.Keywords:valvelessmicropump;liquid-solidcoupling;wetmode;modalanalysis;FEM微泵作为微流体系统的核心部件，是实现微量无阀微泵通过泵膜的往复振动，引起泵腔体积流体供给的动力源。微泵的种类很多，根据有无截和腔内压强的周期性变化，从而驱动流体通过扩张止阀可分为有阀微泵和无阀微泵。其中无阀微泵结管/收缩管吸入和排出。流体通过扩张管

7、和收缩管构简单、易加工、运行可靠、在输送有悬浮颗粒和生的压力损失不相等，因此在一个周期里排出和吸入物的流体时具有不可替代的地位，因此广泛应用于的液体流量不同，使得无阀微泵具有定向供给的功［1］药物输送、微全分析系统、芯片冷却等场合。能。泵膜在一阶模态振型振动时，泵送效果最好，并且当驱动信号的频率接近微泵系统的一阶模态频率收稿日期:20081023时，达到最佳工作频率，系统处于共振状态，泵膜的基金项目:浙江省自然基金重点项目(Z106519)和国家自然科学基振幅最大，从而极大地提高了泵送能力。实际工作金项目(5047

8、5104)资助中，泵膜固有模态会受周围流体的影响，共振频率远作者简介:李俊(1986－)，硕士研究生，研究方向为MEMS器件的低于泵膜的一阶干模态频率，其中无流体影响时的设计与仿真，lijun5781017@163.com;应济(联系人)，副结构固有模态称为干模态，计及流体影响的模态称教授，yingji_zju@yahoo.cn第12期李俊等:平面型无阀微泵