IV. Разбиение на конечные элементы и получение объемной модели кантилевера

Для того чтобы произвести моделирование и расчет параметров микрокантилевера вначале необходимо представить его как набор контактирующих между собой определенным образом конечных элементов. Существует большое количество типов конечных элементов. Каждый из них характеризуется определенными параметрами расчета и применяется для определенного типа моделирования (моделирование процессов упругой деформации, моделирование тепловых потоков и напряжений, моделирование электрических полей и т.п.).

Для моделирования микрокантилевера выбирается конечный элемент, обозначаемый как SOLID5. Данный элемент имеет шесть степеней свободы, характеризуется возможностью достаточно больших отклонений и деформаций и предназначен для моделирования балок и кантилеверов.

IV.1. Задание типа конечного элемента

ANSYS Main Menu - Preprocessor - Element Type - Add/Edit/Delete - Add

В появившемся окне (рис. IV.1) выбирается конечный элемент Coupled Field - Scalar Brick 5 - OK. Окно Element Type закрывается (Close).

Рис. IV.1 Выбор типа конечного элемента

IV.2. Создание конечно-элементного разбиения

ANSYS Main Menu - Preprocessor -> -Meshing- -> SizeCntrls -> -Manual Size- -> -Global- -> Size

Появляется рабочее окно определения количества конечных элементов на элементе разбиения (рис. IV.2). В окне в пункте No. of element divisions - устанавливается число конечных элементов, равное 4 -> OK.

Рис. IV.2

Далее осуществляется разбиение модели с количеством элементов на каждой линии, равное 4:

ANSYS Main Menu - Preprocessor -> -Meshing- -> -Volumes- -> Mapped -> 4 to 6 sided

Стрелкой – курсором выбирается объем, определяющий микрокантилевер -> OK

Рис. IV.3 Конечно-элементное разбиение кантилевера

Просмотр объемной модели микросенсора

Utility Menu - PlotCtrls - Pan,Zoom,Rotate…

В появившемся окне нажмите кнопку Iso, программа отобразит изопланарный вид конструкции.

IV.5. Закрепление модели

ANSYS Main Menu - Preprocessor - Loads - -Loads- - Apply - Displacement - On Areas

Выбирается поверхность, определяющая одну из торцевых поверхностей микрокантилевера - ОК (рис. IV.3)

Рис. IV.4 – Выбор поверхности закрепления кантилевера

В появившемся окне (рис. IV.5) в разделе DOFs to be constrained (определение степеней свободы) выбирается параметр UX, в пункте Displacement value устанавливается величина смещения, равная нулю - Apply. Аналогичным образом ограничивается смещение в направлении оси UY. Далее выбирается та же линия с присвоением параметра UY - ОК. Установление данных параметров означает, что моделируемый микрокантилевер при любых внешних воздействиях будет перемещаться в данном месте лишь в направлении оси OZ.

Пример результата закрепления показан на рис. IV.5

Рис. IV.5. Определение степени свободы выбранных элементов модели

Рис. IV.6. Результат закрепления микрокантилевера