FEM-Programmpaket ANSYS
Meeting mit Priv.-Doz. Dr. Büttgenbach
FFMU – Forschungsgesellschaft für Uhren- und Mikrotechnik e.V.
Villingen-Schwenningen
Allgemeines zu FEM-Programmen
- FEM-Anwendungen in der Mikrotechnik
- Leistungskriterien für FEM-Programme
- Spezielle Anforderungen der Mikromechanik
- Überblick FEM-Programme
Das Programmpaket A N S Y S
- Allgemeines
- Berechnungsmöglichkeiten
- Allgemein gekoppelte Feldberechnungen
- Modellierung von Piezoelektrizität
- Elemente-Bibliothek von ANSYS
- Prinzipieller ANSYS-Rechenlauf
Beispielrechnungen
- Modalanalyse einer Doppelstimmgabel
- Modalanalyse eines Kraftsensors
- Berechnung der Kennlinie eines Kraftsensors
FEM-Anwendungen in der Mikrotechnik
Analyse verschiedener mikromechanischer Grundstrukturen:
Bauteil-Simulation
Berechnung statischer Größen von Mikrostrukturen:
- innere Spannungszustände
- Verhalten bei Druck- & Kraft-Beaufschlagung
- Auslenkungen, Verformungen, etc.
Berechnung verschiedener, dynamischer Kenngrößen von Mikrostrukturen:
- Eigenfrequenzen und Schwingungsmoden (Modalanalyse)
- Frequenzgangverhalten bestimmter Größen
- transientes Verhalten
Optimierung der Mikrostruktur-Konstruktionen:
- Strukturoptimierung der Resonator-Geometrie:
- geringere Dämpfung, Schwingungsentkopplung
- Elektrodenformen (Schwingungsanregung & -abtastung)
- max. elektromechanische Kopplung
- Frequenzhub in Abhängigkeit der Meßgröße maximieren
Simulation verschiedener Einflußgrößen auf das Verhalten der Mikrostrukturen:
- Temperatur, Schock, Vibration, EMV
Piezoelektrische Anregung & Abtastung:
Prozess-Simulation
Wärmeinduzierter Stress:
- verschiedene Temperaturen bei Prozeß-Schritten
- unterschiedliche Wärmeausdehnungen der verwendeten Materialien
Technologische Prozesse (thermische Analysen)
- Ofenprozesse, u.a. thermischen Oxidation
- Sputtern: Physical Vapor Deposition (PVD)
- Laser-unterstützte Strukturierung
- Bonding: Verbindungstechnik, Mikroschweißtechnik
Packaging der Sensoren/Aktuatoren: Berücksichtigung von Gehäuse induziertem Stress, Aufbau und Verbindungstechnik (AVT)
Einleitung der Meßgröße: Berücksichtigung des kompletten Sensorsystems (Krafteinleitungsmechanik)
ANSYS-Rechenlauf
ANSYS Programm
GitHub repository
Link: github.com/ThomasFabula/Quartz-DETF
Acknowledgements
Die ersten FEM-Berechnungen wurden mit ANSYS-PC/ED (Rev. 4.2 A4) im Institut durchgeführt. Unser Dank gilt Herr Dipl.-Ing. Clemens Groth von der Firma CAD-FEM GmbH, der uns umfangreiche FEM-Testrechnungen zum Nachweis der Leistungsfähigkeit des Programmsystems ANSYS mit Hilfe kommerzieller Software-Versionen ermöglicht hat.
