Modellierung und Simulation des elektro-fluid-mechanisch gekoppelten Verhaltens von Mikrobauteilen auf der Systemebene:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Aachen
Shaker
2015
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| Schriftenreihe: | Selected topics of electronics and micromechatronics
Volume 48 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | vii, 200 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm, 320 g |
| ISBN: | 9783844038279 |
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INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
1.1 MIKROSYSTEME 1
1.2 MARKTENTWICKLUNG UND ANWENDUNGSFELDER VON MIKROSYSTEMEN 3
1.3 MODELLIERUNG UND SIMULATION IM ENTWURF VON MIKROSENSOREN UND
-AKTOREN 8
1.4 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 16
1.5 HOCHFREQUENZMIKROSCHALTER ALS DEMONSTRATOR 17
1.6 KONVENTION 19
2. MODELLIERUNG VON MIKROSYSTEMEN AUF DER SYSTEMEBENE 21
2.1 MODELLIERUNGSEBENEN 21
2.1.1 DEFINITION UND EINORDNUNG DER MODELLIERUNGSEBENEN 22
2.1.2 SIMULATIONSWERKZEUGE FUER DIE SYSTEMEBENE 24
2.2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 25
2.2.1 PARTITIONIERUNG IN SUBSYSTEME UND SYNTHESE DES GESAMTMODELLS . 25
2.2.2 SYSTEMDARSTELLUNG ALS VERALLGEMEINERTES KIRCHHOFFSCHES NETZWERK 27
2.3 MODELLIERUNG VON SUBSYSTEMEN 38
2.3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE MODELLIERUNG 39
2.3.2 ANSAETZE FUER DIE MODELLIERUNG VON SUBSYSTEMEN 39
3. MODELLIERUNG DYNAMISCH VERFORMBARER MECHANISCHER SUBSYSTEME 47
3.1 GRUNDLAGEN DER MECHANIK VERFORMBARER KOERPER 47
3.2 ORDNUNGSREDUKTION MITTELS MODALER SUPERPOSITION 49
3.3 NICHTLINEARI TAETEN 52
3.4 REIBUNGSFREIER MECHANISCHER KONTAKT 54
4. MODELLIERUNG ELEKTROSTATISCHER SUBSYSTEME 59
4.1 ELEKTROSTATISCHE GRUNDLAGEN FUER
MEHRELEKTRODEN-KONDENSATORANORDNUNGEN 59
4.2 DIFFERENTIELLE PLATTENKONDENSATORNAEHERUNG 62
HTTP://D-NB.INFO/107425502X
VI
INHALTSVERZEICHNIS
4.3 STREUFELDER 63
4.4 BESCHREIBUNG MITHILFE DES LAGRANGESCHEN FORMALISMUS 64
4.5 ELEKTROMECHANISCHE KOPPLUNG 65
4.5.1 PHAENOMENOLOGISCHE BESCHREIBUNG 65
4.5.2 IMPLEMENTIERUNG 71
5. MODELLIERUNG FLUIDISCHER SUBSYSTEME: DAEMPFUNG VON PERFORIERTEN
MIKROSTRUKTUREN 73
5.1 FLUIDMECHANISCHE GRUNDLAGEN 73
5.2 SCHMIERFILMDAEMPFUNG 79
5.3 MIXED-LEVEL MODELL 83
5.3.1 FINITES NETZWERK ZUR DISKRETISIERUNG DER REYNOLDSGLEICHUNG . 85
5.3.2 KOMPAKTMODELLIERUNG VON RAENDERN UND PERFORATIONEN 87
5.3.3 BEWERTUNG DES MIXED-LEVEL-MODELLS 90
5.3.4 KORREKTURFAKTOREN FUER VERDUENNTE GASE 95
5.3.5 PHYSIKALISCH BASIERTE ORDNUNGSREDUKTION 98
5.4 FLUID-STRUKTUR WECHSELWIRKUNG 100
5.5 ALTERNATIVE MODELLIERUNGSANSAETZE 101
5.5.1 ANALYTISCHE MODELLIERUNG DURCH ZERLEGUNG IN LOCHZELLEN . 101
5.5.2 MODELLIERUNG AUF DER BASIS EINER MODIFIZIERTEN REYNOLDSGLEICHUNG
103
5.5.3 HYBRIDE MODELLE 103
6. AUTOMATISIERTE MODELLGENERIERUNG 105
6.1 ZUSAMMENFUEHRUNG 105
6.2 MOTIVATION 107
6.3 ABLAUF DER AUTOMATISIERTEN MODELLERSTELLUNG 107
6.4 ALGORITHMEN 109
6.5 AUTOMATISCHE ORDNUNGSREDUKTION DES MIXED-LEVEL MODELLS 113
6.6 BESONDERHEITEN BEI DER IMPLEMENTIERUNG DES MECHANISCHEN KONTAKTES .
. 114
7. EXPERIMENTELLE VALIDIERUNG DES MECHANISCH-FLUIDISCHEN GEKOPPELTEN
MODELLS 117
7.1 EXPERIMENTELLER MESSAUFBAU 117
7.2 TESTSTRUKTUREN 120
7.3 MESSERGEBNISSE UND DISKUSSION 124
7.4 VERGLEICH MIT DEM MECHANISCH-FLUIDISCH GEKOPPELTEN MIXED-LEVEL
MODELL 128
7.5 VERGLEICH MIT ALTERNATIVEN DAEMPFUNGSMODELLEN 131
7.6 ZUSAMMENFASSUNG 133
INHALTSVERZEICHNIS
VUE
8. SIMULATION EINES HOCHFREQUENZMIKROSCHALTERS AUF DER SYSTEMEBENE . . .
. 135
8.1 HERSTELLUNG DES SCHALTERS 135
8.2 EXPERIMENTELLE CHARAKTERISIERUNG DES SCHALTERS 137
8.2.1 TOPOGRAPHIE 137
8.2.2 EIGENFREQUENZEN UND-SCHWINGFORMEN 140
8.2.3 SCHLIESS-UND OEFFNUNGSVERHALTEN 142
8.3 SIMULATION DES SCHALTERS 147
8.3.1 MODELLERSTELLUNG UND-KALIBRIERUNG 147
8.3.2 SCHLIESS-UND OEFFNUNGSVERHALTEN 152
8.3.3 ZUSAMMENFASSUNG 155
8.4 REDUKTION DER ANSCHLAGSGESCHWINDIGKEIT 156
9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 159
ANHANG 163
A. SYMBOL-UND VARIABLENVERZEICHNIS 165
B. ERGAENZUNGEN ZUR FLUIDIK 175
B.L KORREKTURFAKTOREN FUER VERDUENNTE GASE 175
B.2 KOMPAKTMODELL VON VEIJOLA 176
B.3 KOMPAKTMODELL VON BAO 179
C. QUANTIFIZIERUNG DER DAEMPFUNG AUF RESONATOREN 181
C.L GUETEFAKTOR Q 181
C.2 DAEMPFUNGSMASSC '83
C.3 LOGARITHMISCHES DEKREMET A 184
C.4 ABKLINGKONSTANTE AE 184
LITERATURVERZEICHNIS 186 |
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INHALTSVERZEICHNIS
1. EINLEITUNG 1
1.1 MIKROSYSTEME 1
1.2 MARKTENTWICKLUNG UND ANWENDUNGSFELDER VON MIKROSYSTEMEN 3
1.3 MODELLIERUNG UND SIMULATION IM ENTWURF VON MIKROSENSOREN UND
-AKTOREN 8
1.4 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 16
1.5 HOCHFREQUENZMIKROSCHALTER ALS DEMONSTRATOR 17
1.6 KONVENTION 19
2. MODELLIERUNG VON MIKROSYSTEMEN AUF DER SYSTEMEBENE 21
2.1 MODELLIERUNGSEBENEN 21
2.1.1 DEFINITION UND EINORDNUNG DER MODELLIERUNGSEBENEN 22
2.1.2 SIMULATIONSWERKZEUGE FUER DIE SYSTEMEBENE 24
2.2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 25
2.2.1 PARTITIONIERUNG IN SUBSYSTEME UND SYNTHESE DES GESAMTMODELLS . 25
2.2.2 SYSTEMDARSTELLUNG ALS VERALLGEMEINERTES KIRCHHOFFSCHES NETZWERK 27
2.3 MODELLIERUNG VON SUBSYSTEMEN 38
2.3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE MODELLIERUNG 39
2.3.2 ANSAETZE FUER DIE MODELLIERUNG VON SUBSYSTEMEN 39
3. MODELLIERUNG DYNAMISCH VERFORMBARER MECHANISCHER SUBSYSTEME 47
3.1 GRUNDLAGEN DER MECHANIK VERFORMBARER KOERPER 47
3.2 ORDNUNGSREDUKTION MITTELS MODALER SUPERPOSITION 49
3.3 NICHTLINEARI TAETEN 52
3.4 REIBUNGSFREIER MECHANISCHER KONTAKT 54
4. MODELLIERUNG ELEKTROSTATISCHER SUBSYSTEME 59
4.1 ELEKTROSTATISCHE GRUNDLAGEN FUER
MEHRELEKTRODEN-KONDENSATORANORDNUNGEN 59
4.2 DIFFERENTIELLE PLATTENKONDENSATORNAEHERUNG 62
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VI
INHALTSVERZEICHNIS
4.3 STREUFELDER 63
4.4 BESCHREIBUNG MITHILFE DES LAGRANGESCHEN FORMALISMUS 64
4.5 ELEKTROMECHANISCHE KOPPLUNG 65
4.5.1 PHAENOMENOLOGISCHE BESCHREIBUNG 65
4.5.2 IMPLEMENTIERUNG 71
5. MODELLIERUNG FLUIDISCHER SUBSYSTEME: DAEMPFUNG VON PERFORIERTEN
MIKROSTRUKTUREN 73
5.1 FLUIDMECHANISCHE GRUNDLAGEN 73
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5.3 MIXED-LEVEL MODELL 83
5.3.1 FINITES NETZWERK ZUR DISKRETISIERUNG DER REYNOLDSGLEICHUNG . 85
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5.3.4 KORREKTURFAKTOREN FUER VERDUENNTE GASE 95
5.3.5 PHYSIKALISCH BASIERTE ORDNUNGSREDUKTION 98
5.4 FLUID-STRUKTUR WECHSELWIRKUNG 100
5.5 ALTERNATIVE MODELLIERUNGSANSAETZE 101
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103
5.5.3 HYBRIDE MODELLE 103
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6.1 ZUSAMMENFUEHRUNG 105
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6.4 ALGORITHMEN 109
6.5 AUTOMATISCHE ORDNUNGSREDUKTION DES MIXED-LEVEL MODELLS 113
6.6 BESONDERHEITEN BEI DER IMPLEMENTIERUNG DES MECHANISCHEN KONTAKTES .
. 114
7. EXPERIMENTELLE VALIDIERUNG DES MECHANISCH-FLUIDISCHEN GEKOPPELTEN
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7.1 EXPERIMENTELLER MESSAUFBAU 117
7.2 TESTSTRUKTUREN 120
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7.4 VERGLEICH MIT DEM MECHANISCH-FLUIDISCH GEKOPPELTEN MIXED-LEVEL
MODELL 128
7.5 VERGLEICH MIT ALTERNATIVEN DAEMPFUNGSMODELLEN 131
7.6 ZUSAMMENFASSUNG 133
INHALTSVERZEICHNIS
VUE
8. SIMULATION EINES HOCHFREQUENZMIKROSCHALTERS AUF DER SYSTEMEBENE . . .
. 135
8.1 HERSTELLUNG DES SCHALTERS 135
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8.4 REDUKTION DER ANSCHLAGSGESCHWINDIGKEIT 156
9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 159
ANHANG 163
A. SYMBOL-UND VARIABLENVERZEICHNIS 165
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