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利用有限元方法中三维分析压力传感器受力特点


利用有限元方法中三维分析压力传感器受力特点:
三维有限元法中一般选择四面体立体单元,6个体积相等的四面体单元构成一个立方体。这样不仅给压力传感器的硅杯网格划分带来方便,而且单元的自由度最少,体积又相等,给计算带来许多方便。于是把连续的压力传感器弹性体离散成有限个数的四面体组合体。将压力传感器的硅杯进行网格化,每一六面体网格中又可包括若干个四面体单元。
对压力传感器来说,一般由硅片用研磨法或腐蚀制成硅杯。硅杯底构成弹性膜。膜面上用集成电路工艺制备出力敏电阻器。可见弹性膜与硅杯本身也要发生弹性形变。倒置的硅杯边缘却用某种封装技术固接在玻璃或陶瓷底座上。于是二维有限元应力计算中把压力传感器中的承压膜看成周边是固接的,便于实际情况有所差别。因此需要分析整个压力传感器硅杯的受力和形变情况。这就要用三维有限元法。
有限元方法中无论二维还是三维分析,都要把压力传感器的硅杯划分成有限个数的单元,称为网络离散化。因为每一个结点都有3个自由度,因此由n个结点组成的单元,其形变白由度为3n个。二维三角形一单元包含3个结点,有9个自由度。矩阵单元包含4个结点,有12个自由度。也可以用单元结点的挠度及转角来描述单元结点的位移向量。从自由度角度来看,两种表示方法并无实质区别。可见压力传感器的硅杯单元中结点数越多,总自由度越多,单元位移向量的分量越多。当然计算越加复杂。
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