实验四-五：结构静力分析与ANSYS模态分析

图4-27

长方形膜

1. 生成长方形膜：Main Menu>Preprocessor>modeling>Create>volumes>block>by dimensions,出现对话框并

填入数据如图4-28，然后单击OK.

图4-28

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4-29.

图4-29

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4-30.

图4-30

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4-31.

图4-31

5..采用映射式网格化生成单元：Main Menu>Preprocessor>meshing>meshtool弹出一个对话框，选择Shape后面的Hex/Wedge,Sweep.然后单击Sweep.在拾取图形，单击OK。如图4-31.

图4-31

6.施加约束：Main Menu>solution>define loads>apply>structural>displacement>on areas.拾取长方形的周围面，如图：然后单击OK. 又出来一个对话框，选择ALL DOF.单击OK。如图4-32.

图4-32

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4-33。

图4-33

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4-34.

图4-34

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4-35.

图4-35

基于相同的振动膜面积，厚度和施加压力，我们可以列表如下： 振动膜几何形状 最大应力/兆帕 最大挠度/微米 31.3 0.272 圆形 长方形 正方形 31.6 39.2 0.110 0.219 从上面的对比可以发现圆形振动膜的情况最好。在这种情况下，虽然挠度过大，但是可以通过在芯片上安装机械制动器来限制它的挠度。从应力和挠度两个方面来看，正方形振动膜是最不好的几何形状。但是由于它几何形状对称，很容易进行晶体切割，所以它是当今压力传感器工业中最长用的几何形状。