Автореферат (1091100), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В работе использованы методы теории упругости и теории механических колебаний с учетом пьезоэффекта, численныеметоды моделирования, методы планирования эксперимента и натурные исследования.Достоверность результатов подтверждается высоким уровнем согласованности результатов, полученных различными методами (численными,аналитическими и экспериментальными) и высокой корреляцией результатовс известными литературными данными.6Научная новизна работы.1. Разработана методика расчета ПП на основе температурной аналогииобратного пьезоэффекта.
Корректность методики подтверждена численнымии экспериментальными исследованиями для ряда устройств и расчетами впрограммах, непосредственно учитывающих обратный пьезоэффект.2. Разработана методика численного моделирования для определенияоптимального соотношения толщин слоёв ПП в устройствах ОПЭТ с цельюполучения максимальной чувствительности в квазистатическом режиме.3. Разработана аналитическая модель трубчатых ПП для зондовой микроскопии с произвольным числом слоев, секций электродов и участков подлине.
Модель была реализована в компьютерной программе, а результатыпоказали хорошую согласованность с результатами конечно-элементногомоделирования.4. Разработана методика оценки чувствительности многослойных планарных моделей ПП вибрационных гироскопов.Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работывнедрены: в научно-исследовательских работах на предприятии ФГБНУ«НИИ ПМТ»; в производство оптических резонаторов на предприятии ФГУП«НИИ Полюс» им. М.Ф.
Стельмаха. Также ряд результатов исследованийвключен в состав лабораторных и практических работ для студентов кафедры Электроники и наноэлектроники МИЭМ НИУ ВШЭ, в курсовое проектирование по дисциплинам «Моделирование механических систем», «Моделирование технических систем», «Моделирование оборудования и технологических процессов электрофизических методов обработки», «Моделированиеоборудования и технологических процессов» специальности «Электронноемашиностроение».Практическая значимость работы.1.
На основе разработанных методик достигнуто увеличение чувствительности многослойных ПП за счет оптимизации их геометрических параметров, выполнена компенсация температурных деформаций узлов ОПЭТ спомощью ПП. Полученные в работе результаты позволяют повысить разре7шающую способность устройств и увеличить коэффициент преобразованиявходных сигналов в полезные перемещения. Результаты показали хорошуюсогласованность с экспериментальными данными с погрешностью не более10%.2.
Разработана и исследована многослойная модель пьезосканера сканирующей микроскопии с двумя секциями активных элементов, принимающая в процессе работы S-образную форму и определены оптимальные параметры данного устройства, выравнивающие положение иглы зонда и стабилизирующие его плоскопараллельное движение относительно исследуемойповерхности.3.
Проведена разработка и исследование нескольких математическихмоделей пьезоэлектрических датчиков угловой скорости, обладающих высокими значениями чувствительности и стабильности режима колебаний засчет увеличения амплитуды первичных и вторичных колебаний путем сближения резонансных частот. Увеличение амплитуды первичных и вторичныхколебаний производилось за счет оптимизации геометрических параметровчувствительного элемента, размеров и формы поперечного сечения подвески,сочетания различных мод колебаний.4.
Разработаны термокомпенсированные конструкции пьезокорректоров, сохраняющих оптический периметр в заданном интервале температур.На защиту выносятся следующие научные положения:1. Оригинальная методика расчета напряженно-деформированного состояния пьезоэлектрических устройств на основе температурной аналогииобратного пьезоэффекта, позволяющая упростить алгоритмы расчёта и использовать экономные вычислительные ресурсы.2. Результаты анализа напряжённо-деформированного состояния моделей пьезоэлектрических устройств, построенных с применением технологиитемпературной аналогии в компьютерной системе APM WinMachine.3.
Новая методика оптимизации толщин слоев двухслойных ПП покритерию максимума передаточной функции, позволяющая синтезироватьустройства с минимальным управляющим напряжением или максимальнымрабочим ходом.4. Обобщенная методика расчета напряженно-деформированного состояния ПП многослойной структуры с произвольным количеством слоёв и8участков переменной жесткости, позволяющая произвести учёт соединительных слоёв в многослойных структурах и, как следствие, повысить взаимосоответствие результатов теоретического расчета с экспериментальными данными на 10-15%.5. Новая физико-математическая модель трубчатого пьезосканера изгибного типа, позволяющая сохранить ортогональность зонда и плоскостьсканирования в полном диапазоне перемещений, что расширяет метрологические возможности сканирующей зондовой микроскопии и снижает вычислительные затраты на последующую обработку результатов.6.
Схемные решения термокомпенсации пьезокорректоров оптическогорезонатора лазерного гироскопа, обеспечившие расширенный температурный диапазон стабильной работы от минус 60°С до +90°С.Апробация результатов. Основные положения и результаты работыдокладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:Научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москва, проходивших в феврале–марте 2007, 2008, 2009,2010 и 2011 гг.; 2-й Всероссийской научной школе для молодежи «Концентрированные потоки энергии в индустрии наносистем, материалов и живыхсистем», Москва, 2009; 1-й и 2-й Всероссийской школе-семинаре студентов,аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельностинациональной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалыдля космической техники, Москва, 2010–2011 г.; XIII Всероссийской научно–технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии (АКТ-2012)» – Воронеж, 2012 г.Публикации.
По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, изних 5 статей в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.Личный вклад автора. Все основные результаты диссертации получены лично автором. Автор непосредственно участвовал в планировании ипроведении экспериментов, в разработке математических моделей и расчетеметодом конечных элементов и аналитическим методом.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка, включающего 127 наименований.
Диссертация содержит 181 страницу машинописноготекста, включая 108 рисунков, 13 таблиц и три приложения.9СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены цель, задачи и объекты исследования, сформулированы научная новизна, практическая значимость полученных результатов и научные положения, выносимые на защиту.В первой главе представлен аналитический обзор литературных данных по исследованию ПП в ОПЭТ.
В частности, рассмотрены физическиеосновы пьезоэффекта, приведен обзор устройств с ПП в ОПЭТ – пьезосканеров зондовых микроскопов, пьезогироскопов, пьезокорректоров, микронасосов и других устройств (таблица 1).Во второй главе представлены разработанные методики расчета многослойных ПП с переменной жесткостью на базе основных уравнений теорииупругости с учетом пьезоэффекта и теплового воздействия.Приведены математические (аналитические и численные) модели ПП,записаны основные уравнения теории упругости с учетом действия пьезоэффекта и температуры.В матричной форме обобщенный закон Гука с учетом квазистационарного температурного поля и обратного пьезоэффекта можно записать в следующем виде:{} [S ]{} [d ]{E} {}T .(1)Здесь {ε} – вектор деформаций; [S] – матрица упругих податливостей; {σ} –вектор механических напряжений; [d] – матрица пьезомодулей; {E} – векторкомпонентов напряженности электрического поля; {α} – вектор температурных коэффициентов линейного расширения; ΔT – изменение температуры.Для практических расчетов пьезоустройств с достаточно тонкимислоями пользуются рядом упрощений, когда задача сводится к плоскомуслучаю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
