WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 |

Для задания параметров материала электрической части расчетной модели электромеханического микропреобразователя необходимо создать новую модель свойств материалов. Для этого в меню диалоговой панели Define Material Model Behavior выполним следующее действие: Material New Model. В появившемся диалоговом окне ввести номер модели материала и щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК. Для задания постоянных второй модели свойств материалов необходимо ввести значения относительной диэлектрической проницаемости материала (MURX) и электрической постоянной (PERX). Для это необходимо выполнить следующий последовательности действий: Electromanetics Relative Permeability Constant и Electromanetics Relative Permittivity Constant.

Закрыть все открывшиеся окна.

Рис. 2. Диалоговая панель Element Type На рис.3 представлена диалоговая панель Define Material Model Behavior.

30. Создание геометрической модели электромеханического микропреобразователя методом «сверху-вниз». В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Modeling – Create Areas – Rectangle By Dimensions…. В диалоговой панели Create Rectangle by Dimensions (рис. 4) необходимо задать размеры консольной балки (x1=50 мкм, х2=150 мкм, y1=90 мкм y2= 100 мкм), неподвижного электрода (x1=130 мкм, х2=150 мкм, y1=70 мкм y2= 80 мкм) и окружающей среды (x1=0 мкм, х2=200 мкм, y1=0 мкм y2= 200 мкм). В графическом окне появится геометрическая модель электромеханического микропреобразователя. Так как при создании геометрической модели электромеханического микропреобразователя использовалась методика сверху-вниз, то поверхности, грани и точки каждого элемента создаются автоматически. Закрыть все открывшиеся окна.

Рис. 3. Диалоговая панель Define Material Model Behavior Рис. 4. Диалоговая панель Create Rectangle by Dimensions Геометрические модели элементов механической части нужно отделить от геометрической модели окружающей среды с использованием операций булевой алгебры. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Overlap Areas. В появившемся диалоговом окне Overlap Areas необходимо щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке Picked All. Далее, также с помощью операций булевой алгебры, нужно соединить геометрические модели механической и электрической частей электромеханического микропреобразователя для объединения граничных граней и точек. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Modeling Operate Booleans Glue Areas. В появившемся диалоговом окне Glue Areas необходимо щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке Picked All.

На рис.5 представлена геометрическая модель электромеханического микропреобразователя.

AREAS MAY 16 AREA NUM 12:28:AAAY Z X Рис. 5. Геометрическая модель электромеханического микропреобразователя 40. Создание конечно-элементной модели. Перед созданием двумерной конечно-элементной модели микропреобразователя необходимо выполнить установку соответствия моделей свойств материалов с каждым элементом геометрической модели микропреобразователя. Для этого необходимо в главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Attributes Picked Areas. В графическом окне выбрать геометрические модели консольной балки и неподвижного электрода и в появившемся диалоговом окне Area Attributes (рис.6) щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке Apply. В появившемся втором диалоговом окне Area Attributes (рис.7) в поле Material number необходимо указать номер модели свойств материалов, а в поле Element type number номер типа конечного элемента (для механической части модели в обоих полях диалогового окна должны быть единицы, для электрической – двойки).

Так как консольная балка будет перемещаться в пределах геометрической модели окружающей среды, необходимо установить возможность деформации её конечно-элементной модели. Для этого необходимо в меню утилит выполнить следующую последовательность действий: Utility Menu Select Entities…. В появившемся диалоговом окне Select Entities (рис.8) в верхнем поле выбрать Areas и щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК. В графическом окне выбрать геометрическую модель окружающей среды и в появившемся диалоговом окне Select Areas щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК. Таким образом, геометрическая модель окружающей среды перешла в активный набор геометрических примитивов программы ANSYS. Для объединения геометрической модели окружающей среды (фактически электрической части модели электромеханического микропреобразователя) под именем «air», необходимо выполнить следующую последовательность действий: Utility Menu Select Comp/Assembly… Create Component….В появившемся диалоговом окне Create Component (рис.9) в поле Component name нужно ввести имя компонента (air), в поле Component is made of выбрать параметр Areas и щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК.

Рис. 6. Диалоговое окно Area Attributes Для выполнения электростатического анализа электромеханического микропреобразователя необходимо все геометрические модели перевести в активный набор программы ANSYS. Для этого необходимо в меню утилит выполнить следующую последовательность действий: Utility Menu Select Entities…. В появившемся диалоговом окне Select Entities (рис.8) в верхнем поле выбрать Areas и щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК. В появившемся диалоговом окне Select Areas щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке Pick all.

Рис. 7. Второе диалоговое окно Area Attributes Рис. 8. Диалоговое окно Select Entities Рис. 9. Диалоговое окно Create Component Для создания конечно-элементной модели электромеханического микропреобразователя необходимо в главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Meshing – Mesh Tool. В появившемся окне Mesh Tool (рис.10) щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке Mesh.



Рис. 10. Диалоговое окно Mesh Tool В графическом окне программы ANSYS выбрать геометрическую модель окружающей среды и в появившемся диалоговом окне Mesh Areas щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК. На рис. 11 представлена конечноэлементная модель окружающей среды. Закрыть все открывшиеся окна.

ELEMENTS MAY 16 13:13:Y Z X Рис. 11. Сеточная модель окружающей среды электромеханического микропреобразователя 50. Наложить граничные условия. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Solution Define Loads – Apply Electric – Voltage On Lines. В графическом окне выбрать все стороны консольной балки и в появившейся диалоговой панели указания Apply VOLT on Lines щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК. В появившейся диалоговой панели в поле Load VOLT value ввести 0 (рис. 12).

Нажать кнопку ОК. Задание граничных условий для сеточной модели неподвижного электрода производится аналогичным образом. Только в появившейся диалоговой панели в поле Load VOLT value необходимо ввести 10. Закрыть все открывшиеся окна.

60. Обнуление типа конечного элемента механической части модели. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. В диалоговой панели Element Type щелкнуть левой клавишей манипулятора «мышь» на кнопке Add.

На экране появится диалоговая панель Library of Element Type. Выбрать тип конечного элемента: Not Solved – Null Element. В поле Element type reference number ввести значение 1. Закрыть все открывшиеся окна.

Рис. 12. Диалоговая панель Apply VOLT on Lines 70. Создать файл электрической модели. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Physics Environment Write. В диалоговой панели Physics Write (рис.13) в поле The physics file title ввести название файла электрической модели проекта (например, electro) и щелкнуть левой клавишей манипулятора «мышь» на кнопке ОК.

Рис. 13. Диалоговая панель Physics Write Для создания механической модели электромеханического микропреобразователя необходимо обнулить выполненные установки для электрической модели проекта. Для этого необходимо следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Physics Environment Clear. В появившейся панели Physics Clear щелкнуть левой клавишей манипулятора «мышь» на кнопке ОК.

3.2. Создание механической модели проекта Для создания механической модели электромеханического преобразования необходимо выполнить следующие этапы:

10. Задать типы конечных элементов. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete. В диалоговой панели Element Type щелкнуть левой клавишей манипулятора «мышь» на кнопке Add. На экране появится диалоговая панель Library of Element Type. Выбрать конечные элементы в следующей последовательности:

1. Structural – Solid – Quad 4node 2. Not Solved – Null Element.

Закрыть все открывшиеся окна.

20. Задать свойства материалов. Для проведения данного анализа необходимо задать только модуль Юнга (EX), коэффициент Пуассона (PRXY) и плотность материала (DENS).

30. Создание конечно-элементной модели. Для создания конечноэлементной модели электромеханического микропреобразователя необходимо в главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Meshing – Mesh Tool. В появившемся окне Mesh Tool щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке Mesh. В графическом окне программы ANSYS выбрать геометрические модели консольной балки и неподвижного электрода, в появившемся диалоговом окне Mesh Areas щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК. На рис.14 представлены конечно-элементные модели консольной балки и неподвижного электрода.

Закрыть все открывшиеся окна.

ELEMENTS MAY 16 14:02:Y Z X Рис. 14. Конечно-элементные модели консольной балки и неподвижного электрода 40. Наложить граничные условия. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Solution Loads – Apply Structural – Displacement On Areas. В графическом окне выбрать одну из граней консольной балки и неподвижного электрода. В панели указания Apply U,ROT on Areas щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК. В появившейся диалоговой панели в графе DOFs to be constrained выбрать All DOFs (все степени свободы), в графе Apply as – Constant value (постоянная величина), и в графе Displacement value ввести 0 (рис. 15). Нажать кнопку ОК.

В графическом окне появится сеточные модели балки и неподвижного электрода с граничными условиями. Закрыть все открывшиеся окна.

Рис. 15. Диалоговая модель Apply U,ROT on Areas 50. Все геометрические модели проекта перевести в активный набор программы ANSYS. Для этого необходимо в меню утилит выполнить следующую последовательность действий: Utility Menu Select Entities….

В появившемся диалоговом окне Select Entities (см. рис.8) в верхнем поле выбрать Areas и щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК. В появившемся диалоговом окне Select Areas щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке Pick all.





60. Завершить создание моделей проекта. В главном меню выполнить следующее действие: Main Menu Finish.

70. Создать файл механической модели. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Physics Environment Write. В диалоговой панели Physics Write (см. рис.

13) в поле The physics file title ввести название файла механической модели проекта (например, mechan) и щелкнуть левой клавишей манипулятора «мышь» на кнопке ОК.

3.3. Решение связанной задачи электростатического анализа В окне ввода программы ANSYS необходимо ввести следующую команду:

ESSOLV,‘имя электрической модели’,‘имя механической модели’,n1,n2,‘имя морфологического компонента’,,,,nгде n1 – размерной задачи (для двумерной задачи n1=2, трехмерной n1=3);

n2 – опция морфологического компонента (рекомендуется n2=0); n3 – количество итераций решения связанной задачи.

В нашем случае, команда на выполнение электростатического анализа будет иметь следующий вид:

ESSOLV,‘electro’,‘mechan’,2,0, ‘air’,,,,После выполнения решения на экране появится информационное окно.

Для продолжения работы необходимо щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке Close.

3.4. Просмотр результатов электростатического анализа электромеханического микропреобразователя Для просмотра результатов решения связанной задачи необходимо выполнить следующие этапы:

10. Загрузка результатов решения. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu Preprocessor Physics Environment Read. В появившемся окне Physics Read в поле Read Physics file with Title (рис.16) необходимо выбрать имя модели проекта и щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК. Далее необходимо выполнить следующие действия: Main Menu General Postprocessor Read Results Last set Read.

20. Просмотр результатов решения в контурном виде. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu General Postprocr Plot Results Contour Plot Nodal Solu. В появившемся окне Contour Nodal Solution Data в поле Item to be contoured (рис.

167) необходимо выбрать Electric field vector sum и щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК.

В графическом окне программы ANSYS отобразятся результаты решения в контурном виде (рис. 18 и 19).

30. Просмотр результатов решения в векторном виде. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu General Postproc Plot Results Vector Plot Predefined. В появившемся окне Vector Plot of Predefined Vectors в поле Vector item to be plotted (рис.20) необходимо выбрать Flux & gradient Elec field EF и щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК.

Рис. 16. Диалоговое окно Physics Read Рис. 17. Диалоговое окно Contour Nodal Solution Data NODAL SOLUTION MN MAY 16 STEP=14:40:SUB =TIME=EFSUM (AVG) RSYS=SMN =.SMX =.103E+MX Y Z X.446913 229028 458055 687082 114514 343541 572569 801596.103E+Рис. 18. Результаты решения электрической модели в контурном виде NODAL SOLUTION MAY 16 STEP=14:52:SUB =TIME=USUM (AVG) RSYS=DMX =SMX =MN MX Y Z X 0 0 0 0 0 0 0 0 Рис. 19. Результаты решения механической модели в контурном виде В графическом окне программы ANSYS отобразятся результаты решения в контурном виде (рис. 21).

Рис. 20. Диалоговое окно Vector Plot of Predefined Vectors VECTOR MAY 16 STEP=14:50:SUB =TIME=EF ELEM=MIN=72.MAX=.103E+Y Z X 72.301 228983 457894 686805 114528 343439 572350 801261.103E+Рис. 21. Результаты решения электрической модели в векторном виде 4. ТРЕХМЕРНЫЙ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ Процедура выполнения трехмерного электростатического анализа электромеханических микромикропреобразователей содержит те же этапы, что и при выполнении двумерного анализа. Исключение составляют выбор типов конечных элементов (рекомендуется для электрической модели использовать тип Solid122, а для механической – Solid45), и геометрические примитивы на которые накладываются граничные условия (при выполнении трехмерного анализа граничные условия накладываются на площади, а не грани).

На рис. 22 и 23 представлены результаты выполнения трехмерного электростатического анализа электромеханического микропреобразователя [6].

NODAL SOLUTION FEB 14 STEP=Y 17:18:SUB =TIME=X Z VOLT (AVG) RSYS=SMX =A=11.111 C=55.556 E=100 G=144.444 I=188.B=33.333 D=77.778 F=122.222 H=166.3A Micromachined Gyroscope Рис. 22. Результаты решения электрической модели при трехмерном электростатическом анализе Рис. 23. Результаты решения механической модели при трехмерном электростатическом анализе КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Состав программного комплекса ANSYS.

2. Этапы моделирования элементов МСТ в программе ANSYS.

3. Файлы проекта программы ANSYS.

4. Графический интерфейс пользователя.

5. Особенности выполнения электростатического анализа компонентов микросистемной техники.

6. Процедура задания типа конечного элемента.

7. Процедура задания свойств материала элемента.

8. Построение геометрической модели элементов МСТ.

9. Создание конечно-элементных моделей проекта.

10.Наложение граничных условий на сеточные модели проекта.

11.Просмотр результатов решения с помощью постпроцессора General Postproc.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. The ANSYS Multiphysics MEMS Initiative. URL: http://www.ansys.com.

2. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера:

Практическое руководство.– М.: Едиториал УРСС, 2003.– 272с.

3. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах / Под общ. ред.

Д.Г.Красковского.– М.: КомпьютерПресс, 2002.– 224с.

Pages:     | 1 || 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.