3 Моделирование микроакселерометра

Для создания конечно-элементной модели нам необходимо получить минимально необходимые знания для этого. В данном случае, для построения компонента нам необходимо знать: геометрические размеры всех компонентов элемента, материал, из которого изготавливается элемент, прикладываемые усилия и требуемые виды анализов.

После получения этих данных нам необходимо определиться с конечным элементом для модели. Выбрав его из списка существующих в базе данных программы, мы можем начинать строить модель. Для начала зададим имя базы данных нашей модели: File->Change Jobname. В поле Name вписываем название базы данных. Выполнение этого действия показано на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Ввод имени файла базы данных

Затем необходимо выбрать конечный элемент. Для этого делаем Preprocessor->Element Type->Add. В появившемся окне нажимаем на кнопку Add. Во вновь появившемся окне вводим название выбранного нами элемента. Нажимаем OK и CLOSE. Пример выполнения показан на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Выбор конечного элемента

Теперь нам необходимо задать свойства материала. Это делается через Preprocessor->Material Prop->MaterialModels. Далее из списка предложенных свойств выбираем необходимые нам и задаем их значение. После ввода всех необходимых свойств, нажимаем Close. На рисунке 3.3 показано задание свойств кремния.

Рисунок 3.3 - Ввод свойств материала

Теперь можем приступать непосредственно к моделированию. Для создания модели существует два способа: прямой и косвенный. Прямой метод моделирования заключается в том, что мы строим объемы по заданным точкам, просто соединяя точки между собой в необходимом порядке. Косвенный способ моделирования заключается в построение модели из геометрических примитивов готовых объемов. Мы рассмотрим только косвенный метод моделирования. Итак, для создания геометрической модели делаем Preprocessor->Modeling->Create->{здесь выбираем что мы строим-3D из объемов, из площадей или прямых}->By Dimensions. Вводим значение координат наших геометрических примитивов, из которых будет состоять наш объект. Эту операцию мы повторяем необходимое нам количество раз для построения нашей модели. Пример построения показан на рисунке 3.4. На рисунке 3.5 изображена готовая модель микроакселерометра.

Рисунок 3.4 - Построение элемента из примитивов по координатам

Рисунок 3.5 – Построенная геометрическая модель микроакселерометра

Теперь приступим к созданию конечно-элементной модели для дальнейшего проведения анализов с ней. Для этого нам надо разбить нашу модель с помощью сетки. Существует два типа сеток: упорядоченная и неупорядоченная. Параметры упорядоченной сетки может задать сам пользователь. Неупорядоченная сетка строится компьютером, то есть машина сама выбирает размер и вид элементов сетки. Данная сетка строится в любом случае и на любой модели, но она имеет различную плотность разбиения на различных участках, поэтому она дает неточные результаты расчетов. В связи с этим мы рассмотрим построение упорядоченной сетки. Так как нам надо рассмотреть влияние нагрузок на весь элемент как единое целое, то нам надо склеить все компоненты между собой. Для этого мы заходим в Preprocessor->Modeling->Operate->Booleans->Glue. Затем выбираем все элементы нашей модели и нажимаем ОК. Теперь заходим в Preprocessor->Meshing->SizeContrl->ManualSize->Other. В полях Elements length мы вводим размер элемента сетки. Нажимаем ОК. Теперь Preprocessor->Meshing->Mesh->Volumes->Pick All. Должна построиться упорядоченная сетка. Выполнение этих действий проиллюстрировано рисунками 3.6-3.10.

Рисунок 3.6 - Склейка модели при помощи булевых операций

Рисунок 3.7 - Ввод размеров сетки для конечно-элементной модели

Рисунок 3.8 - Ввод размеров сетки для конечно-элементной модели

Рисунок 3.9 - Ввод команды SWEEP для создания построения сетки

Рисунок 3.10 - Конечно-элементная модель

После построения конечно-элементной модели мы можем переходить к проведению анализов с нашей моделью. Для этого выбираем тип анализа Solutions-Analises Type-New Analis. Процедура выбора анализа показана на рисунке 3.11. Выбираем необходимый тип анализа и нажимаем ОК. Теперь нам надо приложить необходимые усилия: Solutions-> Define Loads->Apply->{здесь выбираем какое усилие или нагрузка у нас будет прикладываться и в следующем окне вводим её значение}. Процедура закрепления рамки показана на рисунке 3.12. Теперь надо запустить на решение. Это делается Solutins->Solve->Currents LS. Показано на рисунке 3.13. Там со всем соглашаемся и получаем результат. Признаком того, что все нормально решилось, является надпись Solution is Done. Теперь загружаем результаты решения через General Postprocessor-> Read Results-> Last Set. Надписи никакой не должно появляться, что является хорошим знаком, и означает, что результаты загружены. Теперь мы можем просмотреть результаты решения в необходимой для нас форме. Это делается General PostProcessor-> Plot results->Counter Plot-> Curennts LS-> Здесь выбираем необходимый вариант отображения и все. Это показано на рисунке 3.14. Сохраняем нами созданный файл и все созданные с ним методички.

Рисунок 3.11 - Выбор анализа

Рисунок 3.12 - Закрепление рамки и приложение ускорения

Рисунок 3.13 - Запуск на решение.

Рисунок 3.14 - Просмотр результатов.