《MEMS CAD》硅微加速度计的实体建模及网格化分和加载求解分析.docx

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《MEMSCAD》硅微加速度计的实体建模及网格化分和加载求解分析

硅微加速度计的实体建模及网格化分和加载求解分析

一、实验目的

1、学会如何进行实体建模和实体的基本结构分析；

2、学会如何将实体网格化并求解；

3、学会如何对求解结果后处理并据此优化设计模型。

二、实验器材

能够安装ANSYS软件，内存在512MHz以上，硬盘有5G空间的计算机

三、实验说明

（一）、基本思路：

1．建立模型及网格化

2．六阶模态分析

3．静力分析

4．瞬态分析

（二）、问题描述：

本实验所研究的硅微加速度计的结构设计参数主要有：

质量块200*268*80，梁306*40*30，这些结构设计参数的取值受到的主要限制有：

（1）现有硅制造工艺水平；

（2）材料的弹性模量1.69e11、泊松比0.3、密度：

2.3e3（3）加速度计量程。

首先，我们根据设计指标、现有工艺水平及已有文献，赋于这些设计参数初始值，然后再进行校核，不断优化尺寸，最终确定初始值。

我们先假设给定框架的尺寸为：

1000*1000*80（和质量块的厚度一样厚）进行建模。

四、实验内容及步骤

（一）、实体建模

1、生成三块长方体

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>ByDimensions输入x1=0，x2=1000；y1=0，y2=1000；z1=0，z2=80，单击apply。

再输入x1=94，x2=906；y1=60，y2=940；z1=0，z2=80单击apply。

最后输入x1=400，x2=600；y1=346，y2=634；z1=0，z2=80单击ok，结果如图所示：

2、挖去最小块和次块之间的部分

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Subtract>Volumes

然后拾取最大的长方体，单击apply，再拾取次大的那块长方体单击ok，如图2

所示：

图2

3、生成四根梁

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>ByDimensions输入x1=480，x2=520；y1=60，y2=366；z1=25，z2=55，单击ok

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Copy>Volume拾取上步建立的小长方体,点击Apply,DY输入634，单击ok结果如图所示：

重复上面的操作步骤：

x1=94，x2=400；y1=480，y2=520；z1=25，z2=55，在copy时，DX输入506，单击ok，如图所示：

5、体相加

MainMenu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Add>Volumes拾取All

（二）、网格划分

1.定义单元类型

MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete...选

“Structural-Solid”，“10Node92”单击OK

2.定义材料特性

（弹性模量）EX=1.69e11PRXY=0.3DNST=2.3e3

3．划分网络

MainMenu>Preprocessor>MeshTool...

将智能网格划分器（SmartSizing）设定为“on”

将滑动码设置为“6”

确认MeshTool的各项为:

Volumes,Tet,Free

MESH—PickAll

关闭MeshTool

结果如图所示：

（三）、模态分析（六阶）

1、施加约束

MainMenu>solution>defineloads>apply>structural>displacement>on

areas.拾取模型四周，然后单击OK.又出来一个对话框，选择ALLDOF.单击OK。

2、指定分析选项

MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis→“Modal”（模态分

析）

3、分析选型设定

MainMenu>Solution>AnalysisType>AnalysisOptions将弹出模态分析选项对话框，在对话框中指定Modeextractionmethod（模态提取方法）为BlockLanczos（分块兰索斯法），并指定No.ofmodesextract（提取模态的阶数）为6,将Expandmodeshapes（模态扩展）设置为“YES”，这样ANSYS程序在进行模态求解的同时将完成模态的扩展不需要再单独进行模态扩展。

单击ok按钮，将会弹出BlockLanczosMethod（兰索斯法模态分析选项）对话框，在对话框中对模态提取的范围进行定义，一般定义的范围要求将所关心的所有频率都包含在指定的范围之内，这里指定的值为：

StartFreq（开始频率）是0，EndFrequency（结束频率）是99999999。

单击ok按钮，完成对分析选项的设置。

4、进行求解

MainMenu|Solution|CurrentLS

5、列出所有模态resultssummary（扼要的，简要的）

a．选取菜单路径MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>FirstSet，选择第一阶模态。

b．选取菜单路径MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contiur>NodalSolu

选择DOF→得到一阶模态的位移云图

c、选取菜单路径MainMenu>GeneralPostproc>ReadResults>NextSet，选择轮盘第二阶模态。

这样重复六次，得到六阶位移云图如下所示：

（四）、静态分析

由于模态分析已经加约束，所以直接加载荷进行求解就行啦。

1、指定分析选项

MainMenu>Solution>AnalysisType>NewAnalysis→“Static”（静态分

析）

2、载荷步选项设定

MainMenu>Solution>AnalysisType>Son’nContros（正确）

MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Time/Frequence>Time-TimeStep弹出一个对话框，在[Timeatendofloadstep]文本框中输入载荷终止时间为2s，选择阶跃加载（Stepped）

3、施加重力加速度载荷

移动坐标；preprocessor>modeling>move/modify>volumes（pickall）填写

-0.5，-0.506，-0.05将坐标移到中心

MainMenu>solution>defineloads>apply>structural>inertia>gravity>global,然后再z方向输入9.8单击ok。

4、进行求解

MainMenu|Solution|CurrentLS不要退出求解器。

5、重复2的操作，将终止时间改为3s，施加一个表面载荷为2N，MainMenu>solution>defineloads>Apply>Structural>Pressure>OnAieas再次进行求解。

关闭求解器，处理所得的结果

五、实验心得感受