以石墨烯作为压力传感器敏感材料, Si为基底材料, 氮化硼(PN)为石墨烯保护材料, 惠斯通测量电桥作为力电变换测量电路, 构建了硅基石墨烯压力传感器。通过鼓泡实验法建立传感器的理论模型, 分析了传感器的压力与中心形变位移之间的关系, 并结合ANSYS软件静力学非线性分析单元, 针对所述石墨烯薄膜的挠度形变特性进行了数值解析与有限元仿真。结果表明, 石墨烯薄膜压力与挠度形变的理论分析与仿真结果相吻合, 这为石墨烯压力传感器提供了结构设计与理论模型基础。
石墨烯 压力传感器 最大应力 中心形变位移 压敏电阻 graphene pressure sensors maximum stress central deformation shift pressure-sensitive resistors
1 桂林电子科技大学 机电工程学院, 广西 桂林 541004
2 西安电子科技大学 机电工程学院, 西安 710071
3 广西师范大学 物理科学与技术学院, 广西 桂林 541004
4 广西信息材料重点实验室, 广西 桂林 541004
针对层压工艺下，埋入挠性光电基板的光纤，其应力、位移的变化，会影响光路的耦合效率，改变光纤有效折射率，导致传输性能发生变化的问题，采用有限元分析软件，对光纤埋入不同槽型的挠性光电基板进行了力学、传热和电磁场耦合分析.分析结果表明：光纤埋入梯形槽挠性基板的应力最大，达到68.336 7 MPa.埋入梯形槽的光纤位移量最大，其值为1.430 4 μm.随着槽宽增加，光纤最大等效应力从52.667 MPa增加至71.907 MPa；随着槽间距增加，光纤最大应力从51.589 MPa增加至53.567 MPa；随着槽深增加，光纤最大应力从52.667 MPa减小至47.793 8 MPa，然后增加到67.349 6 MPa.随着温度和压力的增加，单模光纤在X方向的有效折射率从1.446 249 977增加至1.446 259 084；Y方向的有效折射率从1.446 326 398增加至1.446 393 041.光纤有效折射率差会随着温度的增加而增大，随着压力的增加而减小.光纤有效折射率增加，限制光的能力增加，能够有效地减小光纤弯曲损耗.本文分析结果对挠性光电基板光纤埋入结构设计和层压工艺具有一定的参考价值和指导意义.
光纤埋入结构 层压工艺 有限元分析 单模光纤 最大应力 等效折射率 Optical embedded structure Lamination process Finite element method Single mode fiber Maximum stress Effective refractive index
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
大变形、小应力、小中心漂移的柔性铰链的研制一直是柔性铰链研究的难题。本文在参考国外某款柔性铰链的基础上,利用V型结构设计、叠加理论和对称布置方法设计了一种新型的柔性铰链。针对这种柔性铰链的设计进行了概念性研究,建立了铰链的数学模型,研究了这种新型柔性铰链的性能。有限元方法分析表明,该设计方法增加了铰链柔性部分的长度,降低了它的中心漂移和最大应力,得到其最大转角约为16°,最大中心漂移为3.557μm,最大应力为499.8 MPa,满足了最初的设计指标要求。结果证明该铰链具有一定的实用价值。
蝶型柔性铰链 柔性单元 V型设计 中心漂移补偿 最大应力 最大转角 butterfly flexure hinge flexure element V shape design parasitic center shift compensation maximal stress maximal deflection
