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利用有限元方法中三維分析壓力傳感器受力特點


利用有限元方法中三維分析壓力傳感器受力特點:
三維有限元法中一般選擇四面體立體單元,6個體積相等的四面體單元構成一個立方體。這樣不僅給壓力傳感器的硅杯網格劃分帶來方便,而且單元的自由度最少,體積又相等,給計算帶來許多方便。于是把連續的壓力傳感器彈性體離散成有限個數的四面體組合體。將壓力傳感器的硅杯進行網格化,每一六面體網格中又可包括若干個四面體單元。
對壓力傳感器來說,一般由硅片用研磨法或腐蝕制成硅杯。硅杯底構成彈性膜。膜面上用集成電路工藝制備出力敏電阻器。可見彈性膜與硅杯本身也要發生彈性形變。倒置的硅杯邊緣卻用某種封裝技術固接在玻璃或陶瓷底座上。于是二維有限元應力計算中把壓力傳感器中的承壓膜看成周邊是固接的,便于實際情況有所差別。因此需要分析整個壓力傳感器硅杯的受力和形變情況。這就要用三維有限元法。
有限元方法中無論二維還是三維分析,都要把壓力傳感器的硅杯劃分成有限個數的單元,稱為網絡離散化。因為每一個結點都有3個自由度,因此由n個結點組成的單元,其形變白由度為3n個。二維三角形一單元包含3個結點,有9個自由度。矩陣單元包含4個結點,有12個自由度。也可以用單元結點的撓度及轉角來描述單元結點的位移向量。從自由度角度來看,兩種表示方法并無實質區別。可見壓力傳感器的硅杯單元中結點數越多,總自由度越多,單元位移向量的分量越多。當然計算越加復雜。
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