Лабораторная работа 2. Гармонический анализ твердых тел в сапр ansys

Целью гармонического анализа является построение амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик (АЧХ и ФЧХ, соответственно) микромеханических компонентов.

Для проведения гармонического анализа консольной балки (с размерами 100 мкм х 10 мкм х 10 мкм) необходимо выполнить следующие этапы:

1. Создать геометрию образца и конечно-элементную модель согласно пунктам 1-5 предыдущей части работы.

2. Приложить к микромеханическому компоненту внешнюю силу. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Solution → Define Loads – Apply → Structural – Force/Moment → On Key points. В графическом окне выбрать необходимые точки (рис. 16) и в панели указания Apply F/M on KPs щелкнуть «мышей» на кнопке ОК. В появившейся диалоговой панели задать направление действия силы (Direction of force/mom) и ее значение – Force/moment value (100 нН) (рис. 17). В графическом окне появится сеточная модель консольной балки с приложенной нагрузкой (рис. 16). Стрелки указывают направление действия внешней нагрузки.

3. Задание типа анализа. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Solution → Analysis Type – New Analysis…. В появившемся диалоговой панели New Analysis выбрать опцию Harmonic и нажать на кнопке ОК (рис. 18).

Рис. 16

Рис. 17

Рис. 18

4. Задание параметров гармонического анализа. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Solution → Analysis Type – Analysis Options…. В графе DOF printout format диалоговой панели Harmonic Analysis выбрать Amplitud + phase и щелкнуть левой клави шей «мыши» на кнопке ОК (рис. 19). В появившемся диалоговом окне Full Harmonic Analysis задать тип решателя (Equation solver) и точность (Tolerance) (рис. 20). Закрыть текущее окно.

5. Задание диапазона частот для построения АЧХ и ФЧХ. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Solution → Load Step Opts – Time/Frequenc → Freq and Substeps…. В появившейся диалоговой панели Harmonic Frequency and Substep Options в графе Harmonic freq range ввести диапазон частот (от 20 до 32 МГц), а в графе Number of substeps – количество шагов (100) (рис. 21).

Рис. 19

Рис. 20

6. Решение. Для этого необходимо выполнить последовательность действий: Main Menu → Solution → Solve – Current LS. После выполнения решения на экране появится информационное окно. Для продолжения работы необходимо щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке Close.

Рис. 21

7. Загрузка результатов анализа. Для этого необходимо выполнить последовательность действий: Main Menu → TimeHist Postpro → Define Variables…. В появившейся диалоговой панели Defined Time-History Variables необходимо щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке Add. В открывшейся диалоговой панели Add Time-History Variables выбрать Nodal DOF results и щелкнуть «мышей» на кнопке ОК (рис. 22). В графическом окне выбрать точку (можно выбрать точку, к которой приложено воздействие) и в панели указания Define Nodal Data щелкнуть левой клавишей мыши на кнопке ОК. В появившейся диалоговой панели Define Nodal Data выбрать данные, которые необходимо просмотреть и щелкнуть на кнопке ОК (рис. 23). Закрыть окно Defined Time-History Variables.

Рис. 22

Рис. 23

8. Просмотр результатов анализа. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → TimeHist Postpro → Graph Variables… В появившейся диалоговой панели Graph Time-History Variables в графе NVAR1 1st variable to graph ввести цифру 2 и щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК (рис. 24). В графическом окне появится амплитудно-частотная характеристика рассматриваемой микромеханической балки (рис. 25).

Для просмотра фазочастотной характеристики необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → TimeHist Postpro →Settings → Graph… В появившейся диалоговой панели Graph Settings в опции [PLCPLX] Complex variable необходимо выбрать Phase angle (рис. 26). Далее необходимо повторить следующую последовательность действий: Main Menu → TimeHist Postpro → Graph Variables… В графическом окне появится ФЧХ рассматриваемой микромеханической балки (рис. 27)

Рис. 24

Рис. 25

Рис. 26

Рис. 27

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лысенко И.Е. Моделирование элементов микросистемной техники в программе Ansys: Учебно-методическое пособие / И.Е. Лысенко и др. – Таганрог: Изд. Технологического института ЮФУ, 2007 .– 42 с.

2 Бруяка В.А. Инженерный анализ в Ansys Workbench: Учебное пособие / В.А. Бруяка и др. – Самара: СГТУ, 2010. – 271 с.

3 Кравчук А.С. Лекции по Ansys с примерами решения задач в пяти частях. Часть 1 / А.С. Кравчук, А.Ф. Смалюк, А.И. Кравчук. – Минск: БГУ, 2013. – 130 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №1 1

Лабораторная работа №2 13

Библиографический список 22

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ № 1-2

по дисциплине «САПР в наноэлектронике»

для студентов направления