topics: [“MEMS”, “圧電”, “可視化”, “Python”, “シミュレーション”]
MEMS の圧電デバイスでは、
「電圧をかけると、結局どう動くのか」
を直感的に理解することがとても重要です。
数式や係数（ $d_{33}$ など）を追っても、
挙動のイメージが掴めない ということはよくあります。
本記事では、軽量解析ツール mems-ana を用いて、
を 可視化デモとして「眺める」 ことを目的とします。
※ 本記事は mems-ana シリーズの第2回です。
今回のデモでは、以下を行います。
狙いは 数値精度ではなく挙動理解 です。
以下のリンク先では、電圧サイクルに沿って
中央面変位 $u_z(x,y)$ が 実時間でアニメーション表示 されます。
インタラクティブデモ（GitHub Pages）
https://samizo-aitl.github.io/mems-ana/mems-ana_demo/
Zenn 上では静的表示に制限されるため、
実際の挙動は上記リンク先で確認してください。
圧電材料では、電界 $E_z$ に対して
分極 $P$ がヒステリシスを持ちます。
本デモでは、
を 入力波形として与えています。
重要なのは、
という点です。
ヒステリシス入力を与えると、
中央変位 $u_z$ は典型的な
バタフライカーブ を描きます。
これは、
において 非常によく見られる挙動 です。
数式で理解する前に、
まず形として知っておく ことに価値があります。
スカラー量（中央変位）だけでなく、
空間分布 $u_z(x,y)$ を見ることで、
といった情報が一目で分かります。
これは FEM 結果を見るときの
目のトレーニング にもなります。
本デモは、以下の GitHub リポジトリで公開している
コードを用いて実行できます。
https://github.com/Samizo-AITL/mems-ana
基本的な流れは、
mems-ana_demo 以下のスクリプトを実行というシンプルなものです。
このデモは、以下を 意図的に割り切っています。
あくまで、
「圧電ヒステリシスを入れると、
MEMS 構造はこういう顔をする」
という 感覚を掴むためのデモ です。
次回は、
この挙動を生み出している数式と ROM 構造 を
もう一段深く掘り下げます。
解析結果を「数値」としてではなく、
動く形として眺める ことで、
は大きく変わります。
mems-ana_demo は、
そのための 入口としての可視化 を狙ったものです。
「まず眺める」
そこから設計は始まります。