硅微加速度計的實體建模及網(wǎng)格化分和加載求解分析

硅微加速度計的實體建模及網(wǎng)格化分和加

載求解分析

一、 實驗目的

1、學會如何進行實體建模和實體的基本結(jié)構(gòu)分析；

2學會如何將實體網(wǎng)格化并求解；

、

3學會如何對求解結(jié)果后處理并據(jù)此優(yōu)化設計模型。

、

二、 實驗器材

能夠安裝ANSYS軟件，內(nèi)存在512MHz以上，硬盤有5G空間的計算機

三、 實驗說明

（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：

本實驗所研究的硅微加速度計的結(jié)構(gòu)設計參數(shù)主要有：質(zhì)量塊238*200*80，

梁320*40*30，這些結(jié)構(gòu)設計參數(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、強度；(3)加速度計量程。首先，我們根據(jù)設計指標、

現(xiàn)有工藝水平及已有文獻，賦于這些設計參數(shù)初始值，然后再進行校核，不斷優(yōu)

化尺寸，最終確定初始值。

我們先假設給定框架的尺寸為：978*940*80（和質(zhì)量塊的厚度一樣厚）進行

建模。

四、 實驗內(nèi)容及步驟

（一）、實體建模

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Block > By

1、生成三塊長方體

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=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1

2、挖去最小塊和次塊之間的部分

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Volumes

然后拾取最大的長方體，單擊apply，再拾取次大的那塊長方體單擊ok，如圖2

所示：

圖2

3、生成四根梁

Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Volumes > Block > By

Dimensions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 > Volume拾取上步建立的小長方體,點擊

Apply, DY輸入520

重復上面的操作步驟：

x1=50，x2=370；y1=450，y2=490；z1=25，z2=55，在

copy時，DX輸入558，單擊ok，如圖所示：

5、體相加

Main 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OK

2. 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

Main Menu>Preprocessor>

① 將智能網(wǎng)格劃分器（ Smart Sizing ）設定為 “on”

② 將滑動碼設置為 “5”

③ 確認Mesh Tool的各項為: Volumes, Tet, Free

④ MESH—Pick All

⑤ 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>on

areas.拾取模型四周，然后單擊OK. 又出來一個對話框，選擇ALL DOF.單擊

OK。

2、指定分析選項

Main Menu >Solution >Analysis Type >New Analysis→“Modal”(模態(tài)分

析)

3、分析選型設定

Main Menu >Solution >Analysis Type >Analysis Options將彈出模態(tài)分析選項

對話框，在對話框中指定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)擴展)設置為“YES”，這樣ANSYS程序在進行模態(tài)求解的同時

將完成模態(tài)的擴展不需要再單獨進行模態(tài)擴展。單擊ok按鈕，將會彈出Block

Lanczos Method (蘭索斯法模態(tài)分析選項)對話框，在對話框中對模態(tài)提取的范圍

進行定義，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，完成對分析選項的設置。

4、 進行求解

Main Menu | Solution | Current LS

5、列出所有模態(tài)results summary(扼要的，簡要的)

a．選取菜單路徑Main Menu >General 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，所以直接加載荷進行求解就行啦。

1、指定分析選項

Main Menu >Solution >Analysis Type >New Analysis→“Static”(靜態(tài)分

析)

2、載荷步選項設定

Main Menu >SAnalysis Type>Son’n Contros(正確)

olution >

Main Menu >Solution >Load Step Opts>Time/Frequence>Time-Time Step彈出

一個對話框，在[Time at end of load step]文本框中輸入載荷終止時間為2s，選擇

階躍加載（Stepped）

3、施加重力加速度載荷

移動坐標；preprocessor>modeling>move/modify>volumes(pick all)填寫

-0.5，-0.506，-0.05將坐標移到中心

MainMenu>solution>defineloads>apply>structural>inertia>gravity>gl

obal,然后再z方向輸入9.8單擊ok。

4、進行求解

Main Menu | Solution | Current LS 不要退出求解器。

5、重復2的操作，將終止時間改為3s，施加一個表面載荷為2N，

MainMenu>solution>defineloads>Apply>Structural>Pressure>On Aieas再次

進行求解。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

Main Menu >Solution >Analysis Type >New Analysis>Transient(瞬態(tài)分析)

移動坐標；preprocessor>modeling>move/modify>volumes(pick all)填寫

-0.5，-0.506，-0.05將坐標移到中心

（1）Main Menu >Solution >Load step opts>time/frequence>time-time step彈出

time and time step options在time at end of load 填入時間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，點擊ok

（3）Main Menu >Solution >Load Step Opts>write LS file填入1

重復（1）分別改為1s,2, 2.99999s,3s（選擇stepped）,4s

（2）

(3)分別填入2,3,4,5,6

Main Menu >TimeHist Postpro>define variables>add選擇Nodal DOF result點

擊ok彈出拾取框，拾取中心點，點擊ok選擇translation---UZ軸

Main Menu > TimeHist Postpro>Graph Variable在NVAR1 1st variable to graph

中填寫2.

Main Menu >TimeHist Postpro>define variables>add選擇Element results點擊

ok彈出拾取框，拾取最大應力單元，點擊ok選擇stress---ZSZ軸