[发明专利]一种微半球壳成型仿真分析模型构建方法

说明书

本发明提供了一种微半球壳成型仿真分析模型构建方法，其特征在于：按照圆片半截面在仿真软件中建立二维模型并设立边界条件；所述模型包括矩形结构和凹字形结构，所述矩形结构对应于玻璃层，所述凹字形结构对应于基底层；所述边界条件包括二维模型的几何参数边界条件、矩形结构和凹字形结构的材料参数边界条件、二维模型内部和外部的气压参数边界条件。本发明提基于工艺机理，将复杂的自由成型法微半球壳成型工艺进行了分析模型建立，可以准确地模拟实际工艺，便于进行微半球壳形貌预测和初始参数设计。

技术领域

本发明属于微机电技术领域，具体涉及一种微半球壳成型仿真分析模型构建方法。

背景技术

惯性技术应用于导航、制导时具有自主性、隐蔽性、抗干扰等特殊优势。高精度微机电系统(MEMS)陀螺仪凭借其独有的成本、体积、重量、功耗(CSWaP)综合优势，在军事国防领域的应用需求不断拓展。随着微机电技术的发展，惯性技术应用趋势正往轻量化、小型化、低功耗等方向发展。微半球谐振陀螺仪具备兼具根据传统半球陀螺仪高精度与MEMS器件小体积的潜力，是目前公认的高性能微型化陀螺仪的重要发展方向之一。

作为微半球谐振陀螺的核心部件，微半球壳谐振器对于微半球谐振陀螺仪高性能实现影响关键。自由成型制备法已被证实具备实现高性能微半球壳谐振器和可批量化生产的优势，但是此工艺方法下微半球壳谐振器为一次成型，此外微半球壳谐振器的形貌难以后期修调。亟需成型分析模型与方法来模拟实际工艺，揭示成型前的参数设计对微半球壳形貌的影响，以此指导围绕期望形貌参数的成型前的参数设计，相较加工试验的方法，具有灵活快速以及巨大的成本优势。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种微半球壳成型仿真分析模型构建方法，用以解决微半球壳成型工艺模拟验证问题。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种微半球壳成型仿真分析模型构建方法，其特征在于：按照圆片半截面在仿真软件中建立二维模型并设立边界条件；所述模型包括矩形结构和凹字形结构，所述矩形结构对应于玻璃层，所述凹字形结构对应于基底层；所述边界条件包括二维模型的几何参数边界条件、矩形结构和凹字形结构的材料参数边界条件、二维模型内部和外部的气压参数边界条件。

进一步地，所述仿真软件为CIMSOL Multiphysics。

进一步地，所述几何参数边界条件包括中轴线和截面的几何尺寸。

进一步地，所述截面的几何尺寸包括环形槽内径r_c、环形槽宽度、环形槽深度h_c、环形槽外侧边框宽度、玻璃层厚度h_g和基底层厚度。

进一步地，所述材料参数边界条件包括矩形结构的密度、矩形结构的动力粘度、凹字形结构的密度和凹字形结构的动力粘度。

进一步地，所述气压参数边界条件中，外部压强为P₀，内部压强为P_i*V_c/(V_c+V_s)，其中P_i为初始内部压强，V_c为环形槽体积，V_s为半球壳内腔体积。

进一步地，所述半球壳内腔体积V_s通过实时积分计算获得。

进一步地，利用仿真软件中的积分算子intop进行积分计算：V_s＝intop(z*cosin)，其中z为半球壳内侧曲线上各微分段所对应的纵左边，cosin为各微分段在横轴上的投影相对此微分段的比值。

进一步地，分别对所述矩形结构和所述凹字形结构进行网格划分，其中凹字形结构设为固定网格，矩形结构设为动网格。

本发明的有益效果为：