扭结型微电热驱动器多物理场耦合建模与性能分析

来源：机械与电子杂志2025年第01期北京时间：

作者：高甜甜;聂伟荣;王鹤

单位：南京理工大学机械工程学院,江苏 南京 210094

摘要：针对 MEMS 扭结型微电热驱动器缺乏理论研究问题,进行了多物理场耦合建模与性能分析。通过能量守恒定律和傅里叶导热定律建立了扭结型电热驱动器的电 热耦合模型和热 力耦合模型,获得了驱动器在恒定电压下的温度分布和稳态位移表达式;通过有限元仿真对理论模型进行了验证。在相同的温度下,理论位移与仿真位移之间的最大误差值为 7 μ m ,最大相对误差为 6.25% ,具有较高的一致性。此外,结合有限元仿真进一步分析了驱动器的结构参数对位移输出特性的影响。结果表明,当中间扭结斜梁长度与直梁长度的比例为 7% 、倾斜角度为 7° 时,在驱动器不产生屈曲失效的前提下其输出位移最大,这对提高驱动器工作稳定性以及输出性能具有重要指导意义。

关键词：扭结型电热驱动器;电-热耦合模型;热 力耦合模型;稳态位移