[发明专利]传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法

权利要求书

1.传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、将振动载荷的频域信号转换成时域信号，并将时域信号从单周期拓展为多周期，拓展的具体方法为：

1.1、将单周期时域信号中的时间信号与振幅信号分离；

1.2、分别将单周期时域信号中的时间信号与振幅信号进行周期性拓展；

1.3、将经过周期性拓展之后的时间信号与振幅信号一一对应并聚合得到多周期的长时间时域信号；

步骤2、采用ANSYS workbench有限元分析软件对传感器进行建模并完成前处理；

步骤3、进行直接耦合的仿真设置，设置仿真的求解步长数为2，其中第1求解步的步长设置为施加压力载荷和温度载荷达到稳定需要的时间，第1求解步的子步数为1；第2求解步的步长设置为第1求解步的步长与所述长时间时域信号的时间长度之和，根据第2求解步中子步的步长设置第2求解步的子步数，第2求解步的子步步长不大于所述长时间时域信号变化的最小时间长度；

步骤4、在第1求解步将压力载荷加载到传感器的敏感膜上，同时将温度载荷加载在整个传感器上，在第2求解步将步骤1转换并拓展后的长时间时域信号作为振动载荷施加在传感器的衬底底部，进行直接耦合仿真得到整个仿真时间内传感器整体结构的应力分布。

2.根据权利要求1所述的传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法，其特征在于，对步骤4得到的整个仿真时间内传感器整体结构的应力分布进行后处理得到传感器在温度、压力、振动三种载荷耦合下的仿真最大值，具体步骤如下：

A2、根据步骤4得到的整个仿真时间内传感器整体结构的应力分布找到传感器薄弱点；

B2、获得传感器薄弱点在整个仿真时间内的应力变化情况；

C2、找到传感器薄弱点应力积累最大的时刻；

D2、获得传感器薄弱点应力积累最大时刻对应的传感器的整体应力、应变和形变结果，得到传感器在温度、压力、振动三种载荷耦合下的仿真最大值。

3.根据权利要求1或2所述的传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法，其特征在于，所述步骤1中将时域信号从单周期拓展为多周期的具体方法为：

A3、将单周期时域信号进行信号分离得到单周期时间数组和单周期振幅数组；

B3、利用matlab循环语句将单周期时间数组的时间长度进行拓展并存放到时间矩阵，利用matlab循环语句将单周期振幅数组的振幅周期性拓展并存放到振幅矩阵；

C3、将时间矩阵转换为多周期时间数组，将振幅矩阵转换为多周期振幅数组；

D3、将多周期时间数组和多周期振幅数组一一对应进行信号聚合，得到所述长时间时域信号。

4.根据权利要求3任一项所述的传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法，其特征在于，所述步骤1将振动载荷的频域信号转换成时域信号的具体方法为：

A4、将随机振动的功率谱转换为时域信号；

B4、将时域信号恢复为随机振动的功率谱；

C4、判断恢复前的时域信号与恢复后的随机振动的功率谱是否一致，若是则将转换后的时域信号导出，否则转到A4。

5.根据权利要求4任一项所述的传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法，其特征在于，所述振幅信号包括加速度信号、速度信号和位移信号。

6.根据权利要求1或5所述的传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法，其特征在于，所述步骤2 中对传感器模型进行前处理的步骤包括导入传感器模型、划分网格、设置接触对和设置传感器约束条件。

7.根据权利要求1或5所述的传感器上温度、压力、振动三种载荷直接耦合的仿真方法，其特征在于，所述温度载荷为传感器工作的最大温度，压力载荷为传感器满量程输出时的最大压力。