 |
برای توضیح این مدل، به محرک حرارتی — Parameterized مراجعه کنید ، که نسخه‌ای از همان مدل (به نام thermal_actuator_tem_parameterized ) را توصیف می‌کند که فقط در نحوه ایجاد هندسه متفاوت است. در حالی که دستورالعمل‌های مدلسازی زیر نحوه وارد کردن هندسه نهایی را از یک فایل MPHBIN توضیح می‌دهند، دستورالعمل‌های مدل ارجاع‌شده در بالا، مراحل مورد نیاز برای ایجاد هندسه در دسکتاپ COMSOL را شرح می‌دهند.
ارجاع
1. DM Burns و VM Bright، “طراحی و عملکرد یک محرک حرارتی پلی سیلیکونی دو بازوی داغ”، Proc. SPIE 3224، دستگاه های ریزماشین و اجزای III ، 1997; doi: 10.1117/12.284528 .
مسیر کتابخانه برنامه: MEMS_Module/Actuators/ thermal_actuator_tem
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics > Thermal-Structure Interaction > Joule Heating and Thermal Expansion را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
محرک حرارتی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Component 1 (comp1) کلیک راست کرده و Rename را انتخاب کنید . |
2 | در کادر محاوره‌ای Rename Component ، Thermal Actuator را در قسمت متن برچسب جدید تایپ کنید . |
3 | روی OK کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
htc_s | 0.04 [W/(m*K)]/2[um] | 20000 W/(m²·K) | ضریب انتقال حرارت |
htc_us | 0.04 [W/(m*K)]/100[um] | 400 W/(m²·K) | ضریب انتقال حرارت، سطح بالایی |
DV | 5 [V] | 5 V | ولتاژ اعمال شده |
هندسه 1
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل thermal_actuator.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
تماس با بستر
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 10، 30، 50، 70، 76 و 82 را انتخاب کنید. |
5 | در قسمت Label text، substrate contact را تایپ کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، MEMS>Semiconductors>Si – Polycrystalline silicon را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
Si – سیلیکون پلی کریستالی (mat1)
به طور پیش‌فرض، اولین ماده‌ای که اضافه می‌کنید در همه دامنه‌ها اعمال می‌شود، بنابراین می‌توانید تنظیمات انتخاب موجودیت هندسی را حفظ کنید .
1 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
2 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی الکتریکی | sigma_iso ; sigmaii = sigma_iso، sigmaij = 0 | 5e4 | S/m | پایه ای |
مکانیک جامدات (جامدات)
محدودیت ثابت 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Thermal Actuator (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک راست کرده و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 10، 30 و 50 را انتخاب کنید. |
غلتک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Roller را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 70، 76 و 82 را انتخاب کنید. |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Thermal Actuator (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک کنید .
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
این شرط مرزی برای همه مرزها به جز مرز سطح بالایی و آنهایی که با زیرلایه تماس دارند اعمال می شود. یک شرایط دما در مرزهای تماس زیرلایه، این شرایط شار حرارتی را نادیده می‌گیرد ، بنابراین شما به صراحت نیازی به حذف این مرزها ندارید. در مقابل، از آنجایی که شرط مرزی شار حرارتی افزودنی است، باید مرز سطح بالایی را به صراحت از انتخاب حذف کنید. این انتخاب را به صورت زیر اجرا کنید:
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
4 | در پنجره گرافیک ، روی سطح بالایی کلیک کنید تا از قسمت انتخابی حذف شود. |
یک شار حرارتی همرفتی برای مدلسازی شار حرارتی از طریق یک لایه هوای نازک استفاده می‌شود. ضریب انتقال حرارت، htc_s به عنوان نسبت هدایت حرارتی هوا به ضخامت شکاف تعریف می شود.
5 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن h ، htc_s را تایپ کنید . |
شار حرارتی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
یک شار حرارتی همرفتی برای مدلسازی شار حرارتی از طریق یک لایه هوای نازک استفاده می‌شود. ضریب انتقال حرارت، htc_us به عنوان نسبت هدایت حرارتی هوا به ضخامت شکاف تعریف می شود.
3 | در پنجره تنظیمات Heat Flux ، بخش Heat Flux را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، htc_us را تایپ کنید . |
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مخاطب بستر را انتخاب کنید . |
جریان های الکتریکی (EC)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Thermal Actuator (comp1) روی Electric Currents (ec) کلیک کنید .
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 10 را انتخاب کنید. |
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 30 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Electric Potential ، قسمت Electric Potential را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، DV را تایپ کنید . |
مش 1
چهار وجهی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Tetrahedral کلیک کنید .
Free Tetrahedral کلیک کنید .اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Fine را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
4 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | فقط مرزهای 86–91 را انتخاب کنید. |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Study Settings را پیدا کنید . |
3 | تیک Include geometric nonlinearity را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
استرس (جامد)
اولین نمودار پیش فرض استرس فون میزس را نشان می دهد.
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Stress (solid) را گسترش دهید ، سپس روی Volume 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار استرس (جامد) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
دما (ht)
1 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
نمودار پیش فرض دوم فیلد دما را نشان می دهد.
یک طرح جدید برای جابجایی ایجاد کنید.
جابه جایی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Displacement را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
سطح 1
1 | روی Displacement کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>SpectrumLight را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
تغییر شکل 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Deformation را انتخاب کنید . |
2 | در نوار ابزار Displacement ، روی  Plot کلیک کنید . |
