Methods and Tools for Parametric Modeling and Simulation of Microsystems based on Finite Element Methods and Order Reduction Technologies
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Beschreibung
In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung eines effizienten Verfahrens zur parametrischen Finite Elemente Simulation von Mikrosystemen und zum Export dieser Modelle in Elektronik- und Systemsimulationswerkzeuge vorgestellt.
Parametrische FE-Modelle beschreiben den Einfluss von geometrischen Abmessungen, Schwankungen von Materialeigenschaften und veränderten Umgebungsbedingungen auf das Funktionsverhalten von Sensoren und Aktuatoren. Parametrische FE-Modelle werden für die Auswahl geeigneter Formelemente und deren Dimensionierung während des Entwurfsprozesses in der Mikrosystemtechnik benötigt. Weiterhin ermöglichen parametrische Modelle Sensitivitätsanalysen zur Bewertung des Einflusses von Toleranzen und Prozessschwankungen auf die Qualität von Fertigungsprozessen. In Gegensatz zu üblichen Sample- und Fitverfahren wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, welche die Taylorkoeffizienten höherer Ordnung zur Beschreibung des Einflusses von Designparametern direkt aus der Finite-Elemente- Formulierung, durch Ableitungen der Systemmatrizen, ermittelt.
Durch Ordnungsreduktionsverfahren werden die parametrischen FE-Modelle in verschiedene Beschreibungssprachen für einen nachfolgenden Elektronik- und Schaltungsentwurf überführt. Dadurch wird es möglich, neben dem Sensor- und Aktuatorentwurf auch das Zusammenwirken von Mikrosystemen mit elektronischen Schaltungen in einer einheitlichen Simulationsumgebung zu analysieren und zu optimieren.
Autor*in
Vladimir A. Kolchuzhin
Themen in »Methods and Tools for Parametric Modeling and Simulation of Microsystems based on Finite Element Methods and Order Reduction Technologies«
Ableitungen höherer Ordnung Automatic Differentiation Automatisches Differenzieren FE-Netzerstellung und –anpassung Finite Element Method Finite-Elemente-Methode Higher Order Derivatives Mesh-morphing Methode der modalen Superposition Modal Superposition Method Parametric Reduced Order Modelling Parametric Simulation Parametrische Ordnungsreduktion Parametrische Simulation Sensitivitätsanalyse