- •Кафедра «Интеллектуальные системы»
- •Лабораторная работа
- •1. Вход в мкэ-пакет ansys
- •2. Создание плоской модели микронагревателя
- •2.1. Ввод ключевых точек, определяющих геометрию микронагревателя
- •2.2. Создание линий по ключевым точкам
- •2.3. Создание поверхности по линиям
- •2.4. Объединение поверхностей
- •2.5. Сохранение созданной модели
- •3. Определение теплофизических свойств материала микронагревателя
- •4. Разбиение на конечные элементы и получение объемной модели акселерометра
- •4.1. Задание типа конечного элемента
- •4.2. Определение толщины пленки микронагревателя
- •4.3. Присвоение заданных свойств элементам модели
- •4.4. Создание конечно-элементного разбиения
- •4.5. Определение системы тепловых единиц
- •4.5. Приложение нагрузок и граничных условий
- •5. Определение характеристик тонкопленочного нагревательного элемента под действием приложенного напряжения
- •5.1. Просмотр распределения температуры
- •5.2. Просмотр распределения плотности тока
- •6. Просмотр и сохранение результатов моделирования
- •7. Задание на лабораторную работу
- •8. Состав отчета и оформление результатов
- •9. Варианты заданий и формы таблиц
Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Интеллектуальные системы»
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛЕНОЧНОГО МИКРОНАГРЕВАТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА СРЕДСТВАМИ МКЭ-ПАКЕТА ANSYS 5.7
Лабораторная работа
по дисциплине «Сенсоры и сенсорные системы»
для специальности 1-55 01 02
«Интегральные сенсорные системы»
Минск 2006
УДК 004.925.84 (076.5)
ББК 32.973.26-018.2 я 73-5
М 74
Составитель А.В. Сергейченко
Рецензенты: В.В. Баркалин,
С.С. Довнар
Настоящая лабораторная работа имеет своей целью обучить компьютерному моделированию микромеханических акселерометров с помощью ANSYS 5.7 ED. Выполнение данной работы позволит студентам лучше разобраться в принципах конструирования и работы микромеханических сенсоров и освоить основные возможности ANSYS. Все этапы моделирования содержат подробное описание выполняемых операций, что позволит выполнять работу самостоятельно. Совокупность приобретенных навыков позволит студентам выполнять последующие работы, в том числе и дипломные проекты, на более высоком уровне. Основные термины и понятия приведены на русском и английском языках.
Работа рассчитана на 6 часов занятий в компьютерной лаборатории сенсорных систем.
© Сергейченко А.В.
составление, 2005
ВВЕДЕНИЕ
Методы моделирования позволяют ускорить процесс разработки конструкций сенсоров, а также значительно снизить затраты, необходимые для изготовления опытного образца. Конструкции микромеханических сенсоров определяются физическим принципом, на котором построена их работа, требованиями, предъявляемыми к надежности, чувствительности, быстродействию и т.п. Поэтому целью моделирования является расчет и прогнозирование характеристик разрабатываемой конструкции сенсора. Наиболее эффективным и широко используемым средством достижения поставленной цели является применение метода конечных элементов. Данный метод позволяет в короткие сроки оценить характеристики разных вариантов конструкции и выбрать наилучшую.
Метод конечных элементов основан на идее аппроксимации непрерывной функции (в физической интерпретации - температуры, давления, перемещения и т.д.) дискретной моделью, которая строится на множестве кусочно-непрерывных функций, определенных на конечном числе подобластей, называемых конечными элементами. Исследуемая геометрическая область разбивается на элементы таким образом, чтобы на каждом из них неизвестная функция аппроксимировалась пробной функцией (как правило, полиномом). Причем эти пробные функции должны удовлетворять граничным условиям непрерывности, совпадающим с граничными условиями, налагаемыми самой задачей. Выбор для каждого элемента аппроксимирующей функции будет определять соответствующий тип элемента.
ANSYS является одним из самых мощных программных продуктов, способных решать указанные проблемы и задачи. Его программные средства позволяют создавать относительно простые твердотельные модели, разбивать их на конечные элементы, производить расчет и визуализировать, в том числе в режиме анимации, результаты расчетов.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
создать конечноэлементную модель тонкопленочного нагревательного элемента, исследовать распределение температуры и плотности тока по площади нагревательного элемента в результате приложения разности напряжения, построить вольт-амперную характеристику нагревательного элемента.