Apprentissage et simulation numérique d'un actionneur MEMS utilisant ABAQUS V6.5

Résumé du document

Projet en méthode des éléments finis sur l'analyse des micro-systèmes, et en particulier la micro-pompe à membrane.

Extraits

[...] -La deuxième partie (Etape consiste à étudier le comportement en Effet Direct où la polarisation se fait par action de la membrane sur le support. - La troisième étude consiste en l'étude du comportement cyclique à double effet (effet alterné). L'effet direct de l'Etape I doit être couplé à l' Effet Inverse où il s'agira d'imposer le chargement à l'actionneur (issu théoriquement de la variation du potentiel piézo-électrique) pour dégonfler la membrane. Ce chargement (gonflement par pression hydraulique) / déchargement (dégonflement par appui de l'actionneur) de la membrane doit se faire en dernière étape sur trois cycles IV- Analyse analytique Ce système est constitué de quatre pièces : deux déformables (membrane et actionneur) et deux rigides (matrice et support). [...]

[...] Actionneur : Pièce déformable solide obtenue par extrusion, sera sollicitée par le déplacement du support suite au chargement imposé sur la membrane Support : Pièce analytique rigide obtenue par extrusion, est la pièce intermédiaire entre la membrane et l'actionneur. Ici, se pose la question : quelle est l'utilité d'une telle pièce ? En fait, nous étions obligés de l'y introduire puisqu'on a déjà une pièce maître (la matrice) et une autre esclave (la membrane). Alors, pour que l'assemblage puisse se faire, on devrait intercaler une pièce maître (qui est le support) afin de pouvoir réaliser les relations Maître/Esclave (que Abaqus les exige) et par la suite enchaîner avec une pièce esclave (qui est l'actionneur). [...]

[...] Ensuite, l'affectation de la pression à une amplitude créée par un utilisateur, se fait en éditant cette pression et en choisissant le nom correspondant à l'amplitude Amp-PRES 13 Un autre chargement mais cette fois d'encastrement a été appliquée à la face arrière de l'actionneur afin de garantir la fixation de l'actionneur sur la matrice : La rubrique Mesh On a opté pour des éléments hexaédriques qui ont pour taille 3 unités, avec une maîtrise automatique du maillage dans les zones courbées (Curvature control) Le maillage étant fait (sauf pour le support qui ne nécessite aucun maillage : on ne s'intéresse pas à cette pièce), on obtient le maillage suivant : 14 La rubrique job Dans cette rubrique, on crée un job nommé projet pour préparer Abaqus aux calculs. Ensuite ce job commence à être calculé. La convergence des calculs est obtenue quand on atteint la valeur maximale 1. [...]

[...] On vérifie l'équation : Démonstration : D'après Pythagore : ρ2 ρ-H)2 ρ2+H2-2ρH 2ρH ρ2 On démontre que la surface de la calotte supposée sphérique peut être facilement retrouvée selon l'équation : Démonstration : On sait que la surface d'une calotte sphérique est : S=2π. Rayon. Hauteur =2πρH Au cours de la déformation plastique, si le matériau est en aluminium ou élastique dans le cas du caoutchouc, le volume du flan reste constant d(e : 6 Démonstration: d(e de+e dS= 0 de/e=-dS/S=-(2HdH)/ ( a 2 Au pôle, en déformation équibiaxial, la condition d'incompressibilité permet d'écrire : Demonstration: S=πρ² dS/S=(2πρdρ) /π =2(dρ/ρ) =-2dεb Demonstration: On a Par integration, on obtient: εn= Log S - Log S0 ) εn=-Log(S/S0) ; or εn=-Log (π(a2+H2)/πa2) (pour H=0 on a S0= πa2); après simplification on obtient: 7 VI- Analyse sur l'outil ABAQUS Etape I (effet direct) Chargement Dans cette partie, on procède aux modélisations 3D des pièces constituant notre assemblage : La rubrique Part Membrane : Pièce solide déformable obtenue par révolution. [...]

[...] Ligne de contrainte choisie Mises observé pour la membrane 16 Mises observé pour l'actionneur Déchargement Lors du déchargement, on a ajouté un nouveau STEP (DECHARG) dans lequel on annule la pression appliquée sur la membrane, le retour élastique élastique de la membrane se fait avec une petite contrainte résiduelle constatée sur la zone où la membrane est encastrée avec la matrice ; ceci est due à la pression qu'on a exercé sur la membrane pour la gonfler et emmagasiner de l'air. Contrainte résiduelle 17 Mises observé pour la membrane Conclusion : L'étude de l'actionneur avec l'outil ABAQUS nous a permit de maitriser plus au moins cet outil et de savoir l'importance primordial de cet outil dans les essais qui nécessitent pour les faire dans la réalité de grands moyens techniques et matériels. Mais il faut réviser ces résultats procurés par cet outil car la réalité ne corrspond pas toujours aux résultats trouvés. [...]