硅微加速度計(jì)的實(shí)體建模及網(wǎng)格化分和加載求解分析

1、硅微加速度計(jì)的實(shí)體建模及網(wǎng)格化分和加載求解分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)會(huì)如何進(jìn)行實(shí)體建模和實(shí)體的基本結(jié)構(gòu)分析；2、 學(xué)會(huì)如何將實(shí)體網(wǎng)格化并求解；3、 學(xué)會(huì)如何對(duì)求解結(jié)果后處理并據(jù)此優(yōu)化設(shè)計(jì)模型。二、實(shí)驗(yàn)器材能夠安裝 ANSYS軟件，內(nèi)存在 512MHz以上，硬盤有 5G空間的計(jì)算機(jī)三、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明（一）、基本思路 ：1建立模型及網(wǎng)格化2六階模態(tài)分析3靜力分析4瞬態(tài)分析（二）、問題描述：本實(shí)驗(yàn)所研究的硅微加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)主要有：質(zhì)量塊 238*200*80 ，梁 320*40*30 ，這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的取值受到的主要限制有： (1) 現(xiàn)有硅制造工藝水平； (2) 材料的鋼度、強(qiáng)度； (3) 加速度計(jì)

2、量程。首先，我們根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)、現(xiàn)有工藝水平及已有文獻(xiàn)， 賦于這些設(shè)計(jì)參數(shù)初始值， 然后再進(jìn)行校核， 不斷優(yōu)化尺寸，最終確定初始值。我們先假設(shè)給定框架的尺寸為： 978*940*80（和質(zhì)量塊的厚度一樣厚） 進(jìn)行建模。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（一）、實(shí)體建模1、生成三塊長(zhǎng)方體Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > V olumes > Block > By Dimensions 輸入 x1=0，x2=978 ；y1=0，y2=940；z1=0，z2=80，單擊 apply。再輸入 x1=50，x2=928 ；y1

3、=50， y2=890；z1=0，z2=80 單擊 apply。最后輸入 x1=370，x2=608 ；y1=370，y2=570；z1=0，z2=80 單擊 ok，結(jié)果如圖1 所示：圖 12、挖去最小塊和次塊之間的部分Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > olumesV然后拾取最大的長(zhǎng)方體，單擊 apply，再拾取次大的那塊長(zhǎng)方體單擊 ok，如圖 2 所示：圖 23、生成四根梁Main Menu > Preprocessor > Modelin

4、g > Create > Volumes > Block > ByDimensions 輸入 x1=469，x2=509 ； y1=50， y2=370；z1=25，z2=55，單擊 ok 如圖所示：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Copy > V olume 拾取上步建立的小長(zhǎng)方體 ,點(diǎn)擊 Apply, DY 輸入 520重復(fù)上面的操作步驟： x1=50，x2=370；y1=450， y2=490；z1=25， z2=55，在 copy 時(shí)， DX 輸入 558，單擊 ok，如圖所示：5、體相加Mai

5、n Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Volumes 拾取 All（二）、網(wǎng)格劃分1. 定義單元類型Main Menu>Preprocessor>Element Type >Add/Edit/Delete .選“ Structural-Solid ，”“ 10Node 92單”擊 OK2. 定義材料特性(彈性模量 )EX=1.69e11 PRXY=0.3 DNST=2.3e3 3劃分網(wǎng)絡(luò)Main Menu>Preprocessor>Mesh T

6、ool. 將智能網(wǎng)格劃分器（Smart Sizing ）設(shè)定為“on” 將滑動(dòng)碼設(shè)置為“5” 確認(rèn) Mesh Tool的各項(xiàng)為 : Volumes, Tet, Free MESH Pick All 關(guān)閉 Mesh Tool結(jié)果如圖所示：（三）、模態(tài)分析（六階）1、施加約束MainMenu>solution>defineloads>apply>structural>displacement>onareas. 拾取模型四周，然后單擊OK. 又出來(lái)一個(gè)對(duì)話框，選擇ALL DOF. 單擊OK。2、指定分析選項(xiàng)Main Menu >Solution >An

7、alysis Type >New Analysi s“ Modal” (模態(tài)分析 )3、分析選型設(shè)定Main Menu >Solution >Analysis Type >Analysis Options 將彈出模態(tài)分析選項(xiàng)對(duì)話框，在對(duì)話框中指定 Mode extraction method (模態(tài)提取方法 )為 Block Lanczos (分塊蘭索斯法 )，并指定 No. of modes extract (提取模態(tài)的階數(shù) )為 6 ,將 Expand mode shapes 模(態(tài)擴(kuò)展 )設(shè)置為 “ YES”，這樣 ANSYS 程序在進(jìn)行模態(tài)求解的同時(shí)將完成模態(tài)的

8、擴(kuò)展不需要再單獨(dú)進(jìn)行模態(tài)擴(kuò)展。單擊 ok 按鈕，將會(huì)彈出 Block Lanczos Method (蘭索斯法模態(tài)分析選項(xiàng) )對(duì)話框，在對(duì)話框中對(duì)模態(tài)提取的范圍進(jìn)行定義，一般定義的范圍要求將所關(guān)心的所有頻率都包含在指定的范圍之內(nèi)，這里指定的值為： Start Freq (開始頻率 )是 0， End Frequency (結(jié)束頻率 )是99999999。單擊 ok 按鈕，完成對(duì)分析選項(xiàng)的設(shè)置。4、 進(jìn)行求解Main Menu | Solution | Current LS5、列出所有模態(tài)results summary(扼要的，簡(jiǎn)要的 )a選取菜單路徑 Main Menu >General

9、 Postproc >Read Results >First Set，選擇第一階模態(tài)。b選取菜單路徑 Main Menu >General Postproc >Plot Results >Contiur>Nodal Solu選擇 DOF 得到一階模態(tài)的位移云圖c、選取菜單路徑Main Menu >General Postproc >Read Results >Next Set，選擇輪盤第二階模態(tài)。這樣重復(fù)六次，得到六階位移云圖如下所示：（四）、靜態(tài)分析由于模態(tài)分析已經(jīng)加約束，所以直接加載荷進(jìn)行求解就行啦。1、指定分析選項(xiàng)Main Menu

10、>Solution >Analysis Type >New Analysis“ Static” (靜態(tài)分析 )2、載荷步選項(xiàng)設(shè)定Main Menu >Solution >Analysis Type>Sonn Contros(正確 )Main Menu >Solution >Load Step Opts>Time/Frequence>Time-Time Step 彈出一個(gè)對(duì)話框，在 Time at end of load step文本框中輸入載荷終止時(shí)間為 2s，選擇階躍加載（ Stepped）3、施加重力加速度載荷移動(dòng)坐標(biāo)； prep

11、rocessor>modeling>move/modify>volumes(pick all)-0.5 ， -0.506 ， -0.05 將坐標(biāo)移到中心填寫MainMenu>solution>defineloads>apply>structural>inertia>gravity>global, 然后再 z 方向輸入 9.8 單擊 ok。4、進(jìn)行求解Main Menu | Solution | Current LS 不要退出求解器。5、重復(fù)2 的操作，將終止時(shí)間改為3s，施加一個(gè)表面載荷為2N，MainMenu>solution

12、>defineloads>Apply>Structural>Pressure>On Aieas再次進(jìn)行求解。關(guān)閉求解器，處理所得的結(jié)果瞬態(tài)分析1、指定分析選項(xiàng)Main Menu >Solution >Analysis Type >New Analysi s>Transient(瞬態(tài)分析 )移動(dòng)坐標(biāo)； preprocessor>modeling>move/modify>volumes(pick all)填寫-0.5 ， -0.506 ， -0.05 將坐標(biāo)移到中心（1）Main Menu >Solution >L

13、oad step opts>time/frequence>time-time step彈出time and time step options在 time at end ofload填入時(shí)間 0s選擇 ramped（傾斜）（ 2） Main Menu >Solution >define loads>apply>structual>force/moment>on nodes然后拾取中間點(diǎn)，點(diǎn)擊 ok（ 3）Main Menu >Solution >Load Step Opts>write LS file 填入 1 重復(fù)（ 1）分別改為 1s,2, 2.99999s,3s（選擇 stepped） ,4s（ 2）(3)分別填入 2,3,4,5,6Main Menu >TimeHist Postpro>define variables>add 選擇 Nodal DOF result 點(diǎn)擊 ok 彈出拾取框，拾取中心點(diǎn)，點(diǎn)擊 ok 選擇 tran