ФГБОУ ВО «Воронежский государственный

технический университет»

Кафедра полупроводниковой электроники и наноэлектроники

ХХХ-2015

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ № 1-2

по дисциплине «САПР в наноэлектронике» для студентов направления

28.03.02 «Наноинженерия», профиля «Инженерные нанотехнологии в приборостроении» очной формы обучения

Воронеж 2015

Составители: канд. техн. наук А.В. Арсентьев,

ассистент А.А. Винокуров

УДК 621.382

Методические указания к выполнению лабораторных работ № 1-2 по дисциплине «САПР в наноэлектронике» для студентов направления 28.03.02 «Наноинженерия», профиля «Инженерные нанотехнологии в приборостроении» очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.В. Арсентьев, А.А. Винокуров. Воронеж, 2015. 22 с.

В методических указаниях описывается процесс моделирования механических свойств твёрдых тел в САПР Ansys, включающий создание геометрии исследуемых объектов, конечно-элементной модели, задание нагрузок и настройку решателя.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Office Word 2010 и содержатся в файле «МУ САПР 1-2.docx».

Ил. 27. Библиогр.: 3 назв.

Рецензент д-р техн. наук, проф. А.В. Строгонов

Ответственный за выпуск зав. кафедрой

д-р физ.-мат. наук, проф. С.И. Рембеза

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

© ФГБОУ ВО "Воронежский государственный технический университет", 2015

Лабораторная работа №1 Статический анализ твердых тел в сапр ansys

Рассмотрим расчет консольной балки со следующими размерами: длина 100 мкм; толщина 10 мкм; ширина 10 мкм и следующими свойствами материала: модуль Юнга – 169 ГПа, коэффициент Пуассона – 0,22, плотность – 2100 кг/м3

Для проведения статического анализа отклонения консольной балки под действием давления необходимо выполнить следующие этапы:

1. Задать тип конечного элемента. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Preprocessor → ElementType → Add/Edit/Delete. В диалоговой панели Element Type щелкнуть левой клавишей манипулятора «мышь» на кнопке Add. На экране появится диалоговая панель Library of Element Type. Выбрать следующий элемент: Structural – Solid – Brick 8 node 185 (рис. 1). Нажать ОК. Закрыть все открывшиеся окна.

2. Задать свойства материала. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Preprocessor → Material Props → Material Models. Откроется диалоговое окно (рис. 2), в котором выбираем Structural → Linear → Elastic → Isotropic. Откроется диалоговое окно Isotropic Material Properties, в котором необходимо задать модуль Юнга (EX) и коэффициент Пуассона (PRXY).

Аналогично выбрать Structural → Density и в открывшемся окне задать плотность материала (DENS). Закрыть все открывшиеся окна.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

3. Создание геометрической модели балки методом «сверху-вниз». В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Preprocessor → Modeling – Create → Volumes – Block → By Dimensions. В открывшемся окне ввести координаты двух точек, по которым будет построена балка (0;0;0) и (10^-8; 10^-7; 10^-7) (рис. 4). В рабочей области появится объемный объект (рис. 5). Поворачивать изображение и изменять масштаб можно при помощи мыши, используя режим Dynamic Model Mode, который включается соответствующей кнопкой на правой панели инструментов.

4. Создание конечно-элементной модели балки. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Preprocessor → Meshing – Mesh → Volumes – Mapped → 4 to 6 sides. Откроется диалоговое окно. В рабочей области нужно выделить геометрическую модель балки и в окне Mesh Volumes щелкнуть левой кнопкой «мыши» на кнопке ОК. В графическом окне программы ANSYS появится конечно-элементная модель балки (рис. 5). Закрыть все открывшиеся окна.

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

5. Наложить граничные условия. В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Solution → Define Loads – Apply → Structural – Displacement → On Areas. В графическом окне выбрать одну из сторон балки размером 10 на 10 мкм и в панели указания Apply U,ROT on Areas щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК. В появившейся диалоговой панели в графе DOFs to be constrained выбрать All DOFs (все степени свободы), в графе Apply as – Constant value (постоянная величина), и в графе Displacement value ввести 0 (рис. 7). Нажать кнопку ОК. В графическом окне появится сеточная модель балки с граничными условиями. Закрыть все открывшиеся окна.

6. Задание типа анализа действий: Main Menu → Solution → Analysis Type – New Analysis…. В появившемся окне выбрать Static и нажать на кнопке ОК.

7. Задать внешнее воздействие. . В главном меню выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Structural → Pressure → On Areas. Откроется диалоговое окно. Выделить в рабочей области верхнюю сторону балки и нажать ОК. В открывшемся окне (рис. 8) ввести значение постоянного давления (500 Па) и нажать ОК.

Вид рабочей области после 7-го шага представлен на рис. 9.

8. Решение. В главном меню необходимо выполнить следующие действия: Main Menu → Solution → Solve – Current LS. После выполнения решения на экране появится информационное окно (рис. 10). Для продолжения работы необходимо щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке Close.

Рис. 7

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10

9. Просмотр напряженно-деформированного состояния. В главном меню необходимо выполнить следующие действия: Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot – Nodal Solu…В появившейся диалоговой панели Contour Nodal Solution Data в графе Item to be contoured выбрать DOF solution – Displacement vector sum и щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК (рис. 11).

В графическом окне программы ANSYS отобразится напряженно-деформированное состояние балки (рис. 12). Для сохранения результатов расчета в графическом виде необходимо выполнить следующую последователь-ность действий: Utility Menu → PlotCtrls → Write Metafile → Standart Color. В появившемся на экране меню необходимо выбрать папку, в которой необходимо сохранить файл и ввести имя файла. Закрыть все открывшиеся окна.

10. Для отображения результатов в виде векторов необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → General Postproc → Plot Results → Vector Plot – Predefine. В появившейся диалоговой панели Vector Plot of Predefined Vectors в графе Item Vector item to be ploted выбрать DOF Solution →Translation U и щелкнуть левой клавишей «мыши» на кнопке ОК. В графическом окне программы ANSYS отобразится деформация балки в виде векторов (рис. 13).

у

Рис. 11

Рис. 12

Рис. 13

Для построения зависимости отклонения балки под действием внешнего ускорения по ее длине, необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → General Postproc → Path Operations. В появившемся меню Path Operations необходимо выбрать команду Define Path → By Nodes. С помощью панели указания выберем 2 точки, находящиеся на стороне с максимальным отклонением и нажать ОК. В появившейся диалоговой панели By Nodes (рис. 19) в графе Define Path Name: необходимо ввести имя пути (например, 2).

Далее необходимо выполнить следующую последовательность действий: Main Menu → General Postproc → Path Operations – Map onto Path. В появившейся диалоговой панели Map Results Items onto Path в графе User label for item необходимо указать имя пути (2), а в графе Item, Comp Item to be mapped – Translation USUM или UY (рис. 14).

Для отображения зависимости в графическом окне программы ANSYS необходимо выполнить следующие действия: Main Menu → General Postproc → Path Operations – Plot Path Item – On Graph. В появившейся диалоговой панели Plot of Path Items on Graph в графе Lab1-6 Path items to be graphed необходимо выбрать имя создаваемой зависимости и левой кнопкой «мыши» щелкнуть на клавише ОК .В графическом окне программы ANSYS отобразить зависимость отклонения балки от ее длины под действием внешнего ускорения (рис. 15). Закрыть все открывшиеся окна.

Рис. 14

Рис. 15