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1、MEMS 器件、仿真与系统集成期中测验（三）（占考试成绩的20%，中英文答题均可，5 月 30 日交电子版。任课教师：陈剑鸣）研究生：（签字）学号：MEMS 设计、仿真软件的综合比较。 （占本课程的 20%） 。具体要求：1）用表格形式对MEMS 常用的软件进行比较。比较的软件四大类 ： TannerPro（ 主 要 是L-edit ） ， HFSS, CoventorWare，IntelliSense，ANSYS 2）比较的内容：公司、厂家；软件的总体描述；软件的模块关系（模块组成） ；按模块来阐述的主要用途；按模块来阐述的性能参数；软件所做的实例图（分模块） 。你对此软件（或者是具体模块）
2、的看法和评价，不少于5 个模块。作业作答如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 18 页 - - - - - - - - - 一. TannerPro（主要是 L-edit）1.1 公司、厂家：Tanner Research 公司1.2 软件的总体描述Tanner集成电路设计软件是由Tanner Research 公司开发的基于Windows 平台的用于集成电路设计的工具软件。该软件功能十分强大，易学易用，包括S-Edit，T-Spice ，W-Edit，L
3、-Edit 与 LVS，从电路设计、分析模拟到电路布局一应俱全。其中的L-Edit 版图编辑器在国内应用广泛，具有很高知名度。L-Edit Pro 是 Tanner EDA软件公司所出品的一个IC 设计和验证的高性能软件系统模块， 具有高效率， 交互式等特点， 强大而且完善的功能包括从 IC 设计到输出，以及最后的加工服务，完全可以媲美百万美元级的IC 设计软件。 L-Edit Pro 包含 IC 设计编辑器 (Layout Editor)、自动布线系统 (Standard Cell Place & Route) 、线上设计规则检查器（DRC） 、组件特性提取器（ Device Extract
4、or） 、设计布局与电路netlist 的比较器 (LVS)、CMOS Library、Marco Library，这些模块组成了一个完整的 IC 设计与验证解决方案。 L-Edit Pro 丰富完善的功能为每个 IC 设计者和生产商提供了快速、易用、精确的设计系统。Tanner Tools Pro是一套集成电路设计软件，包含以下几种工具：S-Edit (编辑电路图 ) T-Spice（电路分析与模拟）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - -
5、- - - - - - W-Edit （显示 T-Spice模拟结果）L-Edit （编辑布局图，自动布局布线，DRC，电路转化）LVS （版图和电路图对比）1.3 软件的模块关系Tanner数字 ASIC 设计流程图：1.4 各模块的的描述以及实例图1.4.1 S-Edit以及范例S-Edit 13.0 界面名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - - S-Edit范例1.4.2 T-Spice T-Spice是电路仿真与
6、分析的工具，文件内容除了有元件与节点描述外，还必须加上其他的设定。有包含文件、端点电压源设置、分析设定、输出设置。1.4.3 LVS LVS是用来用来比较布局图与电路图所描述的电路是否相同的工具。也就是说比较 S-Edit 绘制的电路图与 L-Edit绘制的布局图是否一致。需要 spc 文件和 sp 文件。1.5 L-Edit的使用1.5.1 L-Edit画图布局详细步骤打开 L-Edit程序，保存新文件。取代设定（ File-Rep lace Setup） 。环境设定（ Setup-Design ） 。选取图层。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -
7、 - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - - - - - - - - - 选择绘图形状绘制布局图。设计规则设定（ MOSIS/OPBIT 2.OU ）和设计规则检查（ DRC ） 。检查错误，修改（移动）对象。再次进行设计规则检查。1.5.2 使用 L-Edit画 PMOS 布局图1). 用 到 和 图 层 包 括N Well,Active, N Select, P Select, Poly, Metal1,Metal2,Active Contact,Via. 2). 绘制 N Well 图层： L-Edit编辑环境是预设在P 型
8、基板上，不需定义P型基板范围，要制作PMOS ，首先要作出 N Well 区域。根据设计规则Well 区电最小宽度的要求（ 10） ，可画出 N Well 区。3）. 绘制 Active 图层：定义 MOS 管的范围。 PMOS 的 Active 图层要绘制在 N Well 图层之内。根据设计规则要求，Active 的最小宽度为 3。可在 N Well 中画出 Active图层。4）. 绘制 P Select图层：定义要布置P型杂质的范围。绘制前进行DRC 可发现相应错误。绘制时注意遵守4.2b 规则： Not Selected Active)。绘制时注意遵守 4.2b 规则：Active t
9、o P-Select Edge最小 2。同时还要注意 pdiff层与 N Well 层要遵守 2.3a(5) 。5）. 绘制 Poly 图层：定义成长多晶硅，最小宽度2。6）. 绘制 Active Contact图层：源极、漏极接电极需要。标准宽度2。7）绘制 Metal1 图层：最底层的金属线。使用 L-Edit画 PMOS 布局图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 18 页 - - - - - - - - - 1.5.3 使用 L-Edit编辑标准逻辑元件
10、1）. 标准元件库中的标准元件的建立符合某些限制，包括高度、形状与连接端口的位置。标准元件分为逻辑元件与焊垫元件。2）. 操作流程：进入 L-Edit-建立新文件 -环境设定 - 绘制接合端口-绘制多种图层形状 - 设计规则检查 -修改对象 -设计规则检查3）. 绘制接合端口： 每一个标准元件一个特殊的端口叫做接合端口，它的范围定交出元件的尺寸及位置即元件的边界。4） 绘制电源与电源接口 : 典型标准元件的电源线分布在元件的上端和下端。注意标准单元库中的每一个标准元件其电源端口必须有相同的真对高度， 且电源端口的宽度必须设定为0，位置必须贴齐 Abut范围的两边。5）. 绘制 N Well 层
11、：在 P 型基板上制作 PMOS 的第一步流程。横向 24 格，纵向 38 格。6）. 编辑 N Well 节点：因为 PMOS 基板也需要电源，故需要在N Well 上建立一个欧姆节点。在Abut 端口的上方，绘制出Active, N Select 、 Active Contact这 3 种图层。7） . 编辑 P型基板节点：NMOS 基板也需要接地，故此需要在 P base上建立一个欧姆节点。 在 Abut 端口的下方，绘制出 Active 、 P Select 、Active Contact这 3 种图层。8）. 绘制 P Select图层。植入 P型杂质需要。两部分：一是在N Sele
12、ct右边加上一块横向11 格、纵向 10 格；一是在下方再加上横向 18 格，纵向 22 格。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - 9）. 绘制 NMOS Active 图层：定义 MOS 的范围， Active以外的地方是厚氧化层区 （或称场氧化层）。一是在原上部 Active 下接一块横向 12 格，纵向 4 格的方形 Active ，一是在其下方再画横向14 格、纵向 18 格的方形 Active 。10）.绘
13、制 N Select图层：植入 N型杂质需要。一是在Abut下部 PSelect 右边加横向 11 格，纵向 10 格；一是在刚上方加横向18 格，纵向 22 格。11）. 绘制 PMOS Active 图层：一是在原下部Active上接一块横向 12 格，纵向 4 格的方形 Active ，一是在其上方再画横向14 格、纵向 18 格的方形 Active 。12）. 绘制 Poly 层：Poly 与 Active相交集为栅极所在位置。横向 2 格，纵向 70 格。绘制完此步，请先进行DRC 无误后再继续。13）. 绘制输入信号端口 （A） ：标准元件信号端口 （除电源和地）的绕线会通过标准元
14、件的顶端或底部。一个标准元件信号端口要求高度为 0，且宽度最好为整数值。自动绕线时用Metal2，故需先将输入端口由 Metal2 通过 Via 与 Metal1 相连，在通过Metal1 通过 Poly Contact 与 Poly 相连。 DRC 确认无误。14）. 绘制 PMOS 源极接线：需要将PMOS 左端 P型扩散区与 Vdd相 连 。 利用Metal1与 Vdd 相 连 ， Metal1与Active间通 过ActiveContact相接。（15） 绘制 NMOS 源极接线：需要将 NMOS 左边 N型扩散区与 Gnd相 连 。 利用Metal1与 Gnd 相 连 ， Metal
15、1与Active间通 过名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 18 页 - - - - - - - - - ActiveContact相接。16）. 连接 PMOS 与 NMOS 的基极：将 NMOS 的右边扩散区和PMOS的右边扩散区利用Metal1 相连，并在 Metal1 与 Active重叠区打上节点。17）. 绘制输出信号端口（ OUT ）. 18）. 更改元件名称为INV，转化为spice文件 (TOOLS Extract)。用 L-Edit绘制的反
16、相器标准单元布局图二. HFSS 2.1 公司、厂家：美 国 Ansoft公 司名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2.2 软件的总体描述Ansoft HFSS （全称 High Frequency Structure Simulator, 高频结构仿真器）是 Ansoft 公司推出的基于电磁场有限元方法（FEM ）的分析微波工程问题的三维电磁仿真软件， 可以对任意的三维模型进行全波分析求解，先进的材料类型， 边界
17、条件及求解技术， 使其以无以伦比的仿真精度和可靠性，快捷的仿真速度， 方便易用的操作界面， 稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准，已经广泛地应用于航空、航天、电子、半导体、计算机、通信等多个领域，帮助工程师们高效地设计各种高频结构，包括：射频和微波部件、天线和天线阵及天线罩，高速互连结构、电真空器件，研究目标特性和系统/ 部件的电磁兼容 / 电磁干扰特性， 从而降低设计成本， 减少设计周期， 增强竞争力。2.3 软件的模块组成及其主要用途DESIGNER 模块： 在 DESIGNERTM里结合二维版图，工艺流程，和材料特性，CoventorWareTM可以生成三
18、维模型，进行网格的自动划分。ANALYZER 模块： 针对客户所关心的问题，分析人员可以调用ANALYZERTM里专门针对 MEMS 器件分析开发的多个求解器， 对 MEMS 器件的三维模型进行结构力学、静电学、阻尼、电磁学、多物理场耦合（含压电, , 及压阻问题）、微流体（主要涉及 Biochip 和 Inkjet）等物理问题的详细分析。ANALYZERTM还可对边界条件、 材料特性、 三维模型几何形状等进行参数分析，研究这些参数对器件性能的影响。INTEGRATOR模块： 利用 INTEGRATORTM，设计人员可以从三维分析结果提取MEMS 器件宏模型，反馈回ARCHITECTTM里进行
19、系统性能的验证，从而完成MEMS的设计。支持的格式包括： Verilog-A (Cadence), MAST(Architect), and MATLAB同时，用户也可以利用 INTEGRATORTM建立自己 MEMS 产品涉及到的宏模型库， 为新产品的开发提供技术储备。2.4 Ansoft HFSS的应 用 领域 ：2.4.1 天线（1）面天 线 ： 贴片 天 线 、喇 叭 天 线、 螺 旋 天线（2）波导 ： 圆 形 / 矩 形波导 、 喇 叭、 波 导 缝隙 天 线（3）线天 线 ： 偶极 子 天 线、 螺 旋 线天 线（4）天线 阵 列 ：有 限 阵 列天 线 阵 、频 率 选 择表
20、面 （ FSS） 、（5）雷达 散 射 截面 （ RCS ）2.4.2 微波（1）滤波 器 ： 腔体 滤 波 器、 微 带 滤波 器 、 介质 滤 波 器（2）EMC （ Electromagnetic Compatibility ） /EMI（Electromagnetic Intergerence ） ： 屏 蔽罩 、 近 场 远场辐 射名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - （3）连接 器 ： 同轴 连 接 器底
21、 板、 过渡（4）波导 ： 波 导滤 波 器 、波 导 谐 振器 、 波 导连 接 器（5）Silicon/GaAs： 螺 旋电 感 器 、变 压 器2.5 HFSS的 操作 界 面 和菜 单 功 能介 绍 ：Ansoft HFSS的 界 面 主要 包 括 ：菜 单 栏 （Menu bar ） 、工具 栏（ Toolbars） 、工程 管 理 （ Project Manage） 窗口 、状态 栏（ Status bar） 、属 性 窗 口（ Properties window） 、进度 窗口（ Progress window ）、信 息 管 理（ Message Manage）窗口 和3D模
22、型 窗口 （ 3D Modeler Window） 。图 3 Ansoft HFSS的 操 作 界 面菜单栏（ Menu bar）: 绘图、 3D模型、 HFSS 、工具和帮助等下拉式菜单组成。工具栏（ Tool bar ）: 对应菜单中常用的各种命令，可以快速方便的执行各种命令。工程管理（ Project Manage ）: 窗口显示所以打开的HFSS 工程的详细信息，包括边界、激励、剖分操作、分析、参数优化、结果、端口场显示、场覆盖图和辐射等。状态栏（ Status bar ）: 位于 HFSS 界面底部，显示当前执行命令的信息。属性窗口（ Properties window）: 显示在工
23、程树、历史树和3D模型窗口中所选名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - 条目的特性或属性。进度窗口（ Progress window ）: 监视运行进度，以图像方式表示进度完成比例。信息管理（ Message Manage ）: 窗口显示工程设置的错误信息和分析进度信息。3D 模型窗口（ 3D Modeler Window）: 是创建几何模型的区域，包括模型视图区域和历史树（记录创建模型的过程） 。我的看法：本 次
24、课 我 们 介 绍 了 Ansoft 公 司 的 HFSS 高 频 仿 真 软 件 的基本 特性 和 基 本操 作 ，并 结 合 实 际例 子 对 一个 缝 隙 耦合 贴 片天线 进行 了 建 模和 仿 真 。作 为 一 个软件 ，学 习 它 最 好的 办 法就是 经常 使 用 它，由 于 课堂 上 的 时间 十 分 有限 ，这 里介 绍 的都是 基本 的 操 作，对 于 其他 的 许 多功能 和 定义 ，我 们可 以 查找HFSS 的 帮 助文 件 和 用户 手册 。 在下 一 节 课我 们 将 进一 步 学习HFSS 的 一 些高 级 应 用及 实用 技巧 。三CoventorWare 3
25、.1 公司、厂家：美国 Coventor 公司3.2 软件的总体描述CoventorWare是在著名的 MEMCAD软件上发展起来的， 目前业界公认的功能最强、规模最大的 MEMS 专用软件。拥有几十个专业模块，功能包含MEMS 系统/ 器件级的设计与仿真 , 工艺仿真 / 仿效。其主要用于四大领域：Sensors/Actuators, RF MEMS, Microfluidics, Optical MEMS。具有系统级、器件级的功能的MEMS 专用软件 , 其功能覆盖设计、工艺、器件级有限元及边界元分析仿真、微流体分析、多物理场耦合分析、 MEMS 系统级仿真等各个领域。 CoventorW
26、are 因其强大的软件模块功能、丰富的材料及工艺数据库、 易于使用的软件操作并与各著名EDA软件均有完美数据接口等特点给工程设计人员带来极大的方便。3.3 软件的模块组成及其主要用途CoventorWare 软 件 主 要 包 括 四 个 模 块 ： ARCHITECT ， DESIGNER ，ANALYZER ，INTEGRATOR名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 18 页 - - - - - - - - - ARCHITECT 模块：提供了独有的 PE
27、M( 机电) 、 OPTICAL( 光学)、 FLUIDIC(流体)库元件，可快速描述出MEMS 器件的结构，并结合周围的电路进行系统级的机、电、光、液、热、磁等能量域的分析， 找到最优的结构、 尺寸、材料等设计参数，从而生成器件的版图和工艺文件。DESIGNER 模块： 可进行版图设计、生成器件三维模型、划分网络单元。ANALYZER 模块： 可采用 FEM (有限元法 ) 、BEM( 边界元法 ) 、BPM( 光速传播法)、FDM( 有限差分法 )、VOF( 体积函数法 ) 等分析方法进行结构分析、电磁场分析、压电分析、热分析、微流体分析、光学分析及多物理场的全耦合分析等。INTEGRAT
28、OR模块：最后从三维分析结果中提取MEMS 器件的宏模型，反馈回ARCHITECT 进行系统或器件性能的验证，完成整个设计。3.4 CoventorWare 的基本内容CoventorWare 由可单独使用以补充现有的设计流程，或者共同使用以提供一个完整的 MEMS 设计流程的 4 个主要部分组成。其中包括Architect, Designer, Analyzer 和 Integrator 。该工具套件的完整性和模块间高度的一体化程度提高了整体效率和易用性，使用户摆脱了在多个独立工具设计间手工传递数据的负担。图 12 CoventorWare 工作流程图ARCHITECT3D名师资料总结 -
29、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - 快速组装来自独特和全面的MEMS 积木库中的 MEMS 器件， 并在一个基于原理图的系统级建模环境中仿真其与周边电子部分的行为。DESIGNER定义制造工艺 ,在 MEMS 版图编辑器中绘制版图布局, 并自动生成可视化3D 实体模型 , 以输入到解算器中 .ANALYZER使用此最高级的3D 场算法器的综合套件，分析、理解和验证任何基于MEMS或微流体设计的物理行为，优化MEMS 特定的耦合物理
30、条件。INTEGRATOR提取与 ARCHITECT 兼容的线性和非线性降阶MEMS 模型。3.5 CoventorWare 分析的基本步骤CoventorWare分析的基本步骤包括： 定义材料属性； 生成工艺流程； 生成二维版图； 通过二维版图生成三维模型； 划分网格生成有限元模型； 设定边界条件、加载； 求解； 提取、查看结果。以下我们以实例介绍该软件的整个仿真过程：悬臂梁与硅基底间电容的计算和悬臂梁的受力分析3.5.1 工艺过程(1) 在硅基底上沉积一层氮化物(绝缘层 )；(2) 再在其上沉积一层硼磷硅玻璃(BPSG)作为牺牲层 (用于沉积铝 )；(3) 刻蚀出支座 (anchor)将要
31、沉积的位置；(4) 采用等边沉积法沉积铝层；(5) 留下支座 (anchor)和悬臂梁 (beam)部分，刻蚀其余的铝层；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - - - - - (6)释放 BPSG 牺牲层。3.5.1具体设计过程（1）启动 CoventorWare2003 ，在用户设置中设定Directory(目录)，包括 Work Directory、Scratch Directory、Shared Directory。只需设定
32、工作目录，下面两个目录是默认的， 系统会自动将它设定到相应的工作路径下，CoventorWare所有运行生成的文件都会写在该目录下 （该目录必须是已经存在的目录，在启动时是无法新建工作目录的）。 许可文件的位置，包括 Coventor License 、 CFD license、 Saber license，在安装时就已设定，默认即可。（2）单击 OK 后，系统进入 Projects Dialog Window(工程对话窗口 )，新建工程名称为BeamDesign的文件夹，单击 Open进入 Function Manager(功能管理器 )界面。（3） 进入 DESIGNER 模块， 在 Ma
33、terials 中定义材料属性，选择 Aluminum （film ） ，根据题设修改其参数；再选择Silicon，方法相同。单击Close，就可编辑工艺过程。（4）进入 Process Editor( 工艺编辑器 )，新建一个工艺文件beam.proc ，根据上述工艺过程在工艺编辑器中设计整个流程，如图 4-13所示。设计完后，单击 Close，就可进行版图设计。（1）进入 Layout Editor（版图编辑器），新建 beam.cat文件，根据预先设计的形状设计整个模型的二维版图，如图4-14 所示。设计完后，单击Close即可。anchor mask beam mask GND mas
34、k 图 4-13 工艺过程图 4-14 二维工艺版图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - （2） 在 model/mesh下拉栏里选择上步设计的二维版图文件beam.cat ， 单击 Build a New 3D Model。通过工艺文件beam.proc设定的厚度和模型在二维版图文件beam.cat中的形状，就可生成三维实体模型，如图4-15 所示。（3）然后选取悬臂梁和基底，划分网络单元。因为要使用有限元求解器
35、，必须将选择的实体模型划分网格使生成若干单元体，这与ANSYS 的处理过程相同。（4）再次回到 Function Manager(功能管理器 )界面 ，进入 ANALYZER 模块，选择 MemElectro 求解器，点击 Analysis 运行后，就可以选择提取所需的电容和电量值及电量密度的彩云图； 同样要求解悬臂梁的应力和变形，选择 MemMech 求解器，同样可以提取悬臂梁的变形和应力值及彩云图。（5）提取、查看结果。所求得的电量和电容值如图4-16(a)、(b)；所示所求得的应力和变形值如图4-17(a)、(b)所示。(a)在牺牲层上沉积铝层(b)释放牺牲层，得到模型牺牲层悬臂梁图 4
36、-15 三位实体模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - 图 1 (a)Z向最大位移为0.16 m 图 2 (b) 悬臂梁所受最大等效应力值为39MPa 四 ANSYS 4.1 公司、厂家：美国 ANSYS 公司4.2 软件的总体描述ANSYS 是由美国 ANSYS 公司开发的、功能强大的有限元工程设计分析及优化软件包，是迄今为止唯一通过ISO9001 质量认证的分析设计类软件。该软件是美国机械工程师协会（ASME
37、） 、美国核安全局（ NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准软件。与当前流行的其他有限元软件相比，ANSYS 有明显的优势及突破。ANSYS 具有能实现多场及多场耦合分析的功能， 是唯一能够实现前后处理、分析求解及多场分析统一数据库的大型有限元软件，和其他有限元软件相比，ANSYS 的非线性分析功能更加强大，网格划分更加方便，并具有更加快速的求解器。同时， ANSYS 是最早采用并行计算技术的有限元软件，它支持从微机、工作站、大型机直至巨型机等所有硬件平台，并可与大多数的CAD 软件集成并有交换数据的接口， ANSYS 模拟分析问题的最小尺寸可在微米量级，同时，国际上也公认其适于MEMS 器
38、件的模拟分析，这是其他有限元分析软件所无法比(a)电荷密度(b)电容值图 4-16 电荷密度及电容值图 4.17 悬臂梁变形和应力图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 18 页 - - - - - - - - - 拟的。ANSYS 有限元软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、机械制造、电子、土木工程、国防军工、日用家电等一般工业及科学研究领域。 ANSYS 是国际公认的适用于MEMS 模拟分析的软件工具。其主要分
39、析功能包括以下几个方面。（1）结构分析包括线性、非线性结构静力分析，结构动力分析（包括模态和瞬态） ，断裂力学分析，复合材料分析，疲劳及寿命估算分析，超弹性材料的分析等。（2）热分析包括稳态温度场分析，瞬态温度场分析，相变分析，辐射分析等。（3）高度非线性结构动力分析包括接触分析，金属成形分析，整车碰撞分析，焊接模拟分析，多动力学分析等。（4）流体动力学分析包括层流分析，湍流分析，管流分析，牛顿流与非牛顿流分析，内流与外流分析等。（5）电磁场分析包括电路分析，静磁场分析，变磁场分析，高频电磁场分析等。（6）声学分析包括水下结构的动力分析，声波分析，声波在固体介质中的传播分析，声波在容器内的流体
40、介质中传播分析等。（7）多场耦合分析包括电场 -结构分析，热 -应力分析，磁 -热分析，流体 -结构分析，流体流动 -热分析，电 -磁-热-流体-应力分析等。（8）其他如设计灵敏度及优化分析，子模型及子结构分析等。4.3 软件的模块组成及其主要用途前处理模块：实体建模，网格划分，加载。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块 ：分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块： 通
41、用后处理模块： 显示计算结果 （等直线 ,剃度 ,矢量，透明，动画效果等），输出计算结果（图表，曲线）；时间历程响应检查在一个时间段或子步历程中结果。4.4 ANSYS使用中几个应注意的问题（1）单位制ANSYS 软件使用的单位制包括国际单位制（SI） ，厘米 克 秒制（ cgs） 、英寸制（ bin） 、英尺制（ bft） 、自定义单位制（ user） 。在使用软件分析问题时，要保证输入的所有数据都是使用同一单位制里的单位。单位制的定义只能通过命令方式实现，缺省为国际单位制。（2）材料库ANSYS 软件提供了一些材料参数，建议不使用，主要由于单位制选用和标准不同，这是一点使用经验。可以建立自
42、己的材料库，这将使分析更加方便，但要注意单位制的问题。（3）坐标系总体和局部坐标系，用来定位几何形状参数的空间位置， 包括笛卡儿坐标系、柱坐标系和球坐标系。 显示坐标系用于几何形状的列表和显示。节点坐标系用于名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 18 页 - - - - - - - - - 定义每个节点的自由度和节点结果数据。单元坐标系用于确定材料数据主轴和单元结果数据。 结果坐标系用来列表、 显示或在通用后处理器操作中将节点或单元结果转换到一个特定的坐标系中
43、。此外，ANSYS 可以定义工作面，工作面的功能较强，利用好工作面将方便建模。（4）文件类型 db 文件数据文件包括模型尺寸、材料特性及载荷等数据文件。emat 文件为单元矩阵文件， err 文件为错误和警告信息文件，log 文件为命令输入历史文件，rst 文件为结构分析结果文件，rfl 文件为 FLOTRAN 结果文件， rmg 文件为电磁场分析结果文件， rth 文件为热分析结果文件，grph 文件为图形文件。由于有限元分析的数据量较大，经常要删除一些文件，但db 文件和结果文件一般不要删除。4.5 ANSYS的分析步骤ANSYS 分析过程中三个主要的分析步骤。（1）创建有限元模型， 包括创建或读入几何模型、 定义材料属、 性划分单元（节点及单元，其定义见图4-1） 。（2）施加载荷进行求解，包括施加载荷及载荷选项、求解。（3）查看结果，包括察看分析结果、检验结果（分析是否正确）。图 3 关于节点和单元的图例4.6 微型电磁继电器受力及磁场分布的ANSYS 模拟名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 18 页 - - - - - - - - -