实验四五结构静力分析与ANSYS模态分析

注：3月20号，周二课程内容主要是完成下面实验四

特别注意：本周六没课，本五周23号，8:00--12:00有课-------------------------------------------------------------------------------------

实验四MEMS薄膜压力传感器静力学分析

一、实验目的

1、掌握静力学分析

2、验证理论分析结果

3、对不同形状膜的分析结果进行对比

二、实验器材

能够安装ANSYS软件，内存在512MHz以上，硬盘有5G空间的计算机

三、实验说明

（一）基本思路

1、建模与网格化

2、静力学分析

3、对结果进行分析和比较

（二）问题描述：

由于许多压力传感器的工作原理是将受压力作用而变形的薄膜硅片中的应变转换成所需形式的电输出信号，所以我们要研究比较一下用什么样形状的膜来作为压力传感器的受力面比较好。我们比较的膜形状有三种，分别是圆形. 正方形. 长方形。在比较的过程中，三种形状膜的面积.，厚度和承受的压力是都是相等的。设置参数具体为：F=0.1MPa, EX=1.9e11,PRXY=0.3,DENS=2.33e3.单元尺寸为5e-006。为了选

择合适的网格化类型，首先我们拿圆的结构进行一下比较，最后选择比较接近理论计算的网格化类型，通过比较，我们知道映射网格化类型比较优越，所以后面的两种类型膜结构选择了映射网格化。

四、实验内容和步骤

圆形薄膜1

1.先建立一个圆形薄膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>solid cylinder.弹出以个对话

框如图，输入数据如图4-1，单击OK.

图4-1

2.设置单元类型：Main Menu>Preprocessor>element type>add/edit/delete,弹出一个对话框，点击add,显示library of element type对话框如图：在library of element type下拉列表框中选择structural solide 项，在其右侧下拉表框中选择brick 8node 45选项，单击OK. 在点击close.如图4-2.

图4-2

3.设置材料属性：Main Menu>Preprocessor>material props> material models,弹出一个对话框，在material models avaiable下面的对话框中双击打开structural>linear>elastic>isotropic，又弹出linear isotropic properties for material Number 1对话框，在EX后面输入1.9E11，在PRXY后面输入栏中输入0.3，在双击density,在DENS后面输入2.33e3,单击OK。然后单击material>exit,完成材料属性的设置。如图4-3.

图4-3

4.设置单元尺寸：Main Menu>Preprocessor>meshing>meshtool,弹出一个对话框，单击Global中的SET 按钮，弹出Global element sizes 对话框，输入size=5e-006,然后单击OK。如图4-4.

图4-4

5..采用自由式网格化生成单元：Main Menu>Preprocessor>meshing>meshtool弹出一个对话框，选择Shape后面的Tet,Free,.然后单击Mesh..在拾取图形，在单击OK。如图4-5.

图4-5

6.施加约束：Main Menu>solution>define loads>apply>structural>displacement>on areas.拾取圆的周围面，如图：然后单击OK. 又出来一个对话框，选择ALL DOF.单击OK。如图4-6.

图4-6

7.施加载荷：Main Menu>solution>define loads>apply>structural>pressure>on Areas.出现拾取框，拾取图形上垂直与Z轴并且是穿过坐标（0，0，13.887）的面如图：然后单击OK。出现一个对话框，在value load pres Valus后面输入100000，单击OK。如图4-7.

图4-7

8.求解：Main Menu>solution>solve>curentls LS一个信息提示框和对话框，浏览完毕后单击,单击对话框上的OK按钮，开始求解运算，当出现一个solution is done的信息提示框时，单击close按钮，完成求解运算。

9.保存分析结果:utility menu> as.弹出一个对话框，输入plate-resu,.单击OK按钮。

10.显示节点位移云图：Main Menu>generalpostproc>plot results>contour plot>nodal solu,出现如图对话框：在contour nodal solution data对话框中选择item to be contoured>nodal solution>dof solution>displacement vector sum.然后单击OK。生成位移云图如图4-8.

图4-8

11.显示节点应力云图：Main Menu>generalpostproc>plot results>contour plot>nodal solu，出现如图对话框：在contour nodal solution data对话框中选择item to be contoured> nodal solution>stress>von mises stress,然后单击OK。生成应力云图如图4-9.