- Дипломы
- Курсовые
- Рефераты
- Отчеты по практике
- Диссертации
Разработка и исследование структур сапфир стекловидный диэлектрик
Внимание: Акция! Курсовая работа, Реферат или Отчет по практике за 10 рублей!
Только в текущем месяце у Вас есть шанс получить курсовую работу, реферат или отчет по практике за 10 рублей по вашим требованиям и методичке!
Все, что необходимо - это закрепить заявку (внести аванс) за консультацию по написанию предстоящей дипломной работе, ВКР или магистерской диссертации.
Нет ничего страшного, если дипломная работа, магистерская диссертация или диплом ВКР будет защищаться не в этом году.
Вы можете оформить заявку в рамках акции уже сегодня и как только получите задание на дипломную работу, сообщить нам об этом. Оплаченная сумма будет заморожена на необходимый вам период.
В бланке заказа в поле "Дополнительная информация" следует указать "Курсовая, реферат или отчет за 10 рублей"
Не упустите шанс сэкономить несколько тысяч рублей!
Подробности у специалистов нашей компании.
Только в текущем месяце у Вас есть шанс получить курсовую работу, реферат или отчет по практике за 10 рублей по вашим требованиям и методичке!
Все, что необходимо - это закрепить заявку (внести аванс) за консультацию по написанию предстоящей дипломной работе, ВКР или магистерской диссертации.
Нет ничего страшного, если дипломная работа, магистерская диссертация или диплом ВКР будет защищаться не в этом году.
Вы можете оформить заявку в рамках акции уже сегодня и как только получите задание на дипломную работу, сообщить нам об этом. Оплаченная сумма будет заморожена на необходимый вам период.
В бланке заказа в поле "Дополнительная информация" следует указать "Курсовая, реферат или отчет за 10 рублей"
Не упустите шанс сэкономить несколько тысяч рублей!
Подробности у специалистов нашей компании.
Код работы: | K015763 |
Тема: | Разработка и исследование структур сапфир стекловидный диэлектрик |
Содержание
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения Кафедра __электронных средств_________________________________ К защите допустить: Зав. кафедрой (ФИО) «____»______________ 20__г. МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ На тему: Разработка и исследование структур сапфир – стекловидный диэлектрик – подложка для создания защитных покрытий элементов электронной техники Руководитель направления Лысенко Игорь Евгеньевич подготовки 11.04.03: Зав. Кафедрой, профессор _____________________ Научный руководитель Малюков Сергей Павлович магистранта: Д.т.н., профессор _____________________ Магистрант: Головко Данил Андреевич, гр. ЭПмо2-1 "____"________________ 2018г. _____________________ г. Таганрог 2018 г. ВВЕДЕНИЕ Все большее применение сверхтвердых материалов находят в технике, приборостроении, оптике, оптоэлектронике, медицине, оборонной промышленности и микроэлектронике. Современный научно-технический прогресс неразрывно связан с разработкой и освоением новых материалов и прорывных технологий. Ключевым звеном, определяющим успех многих инженерных решений стали именно материалы. Быстрыми темпами в настоящее время растет область применения лейкосапфира в высокотехнологичных изделиях, а также в различных изделиях бытовой техники, устройств и приборов. Оптический лейкосапфир Al2O3 (Монокристаллический сапфир) обладает уникальной комбинацией оптических превосходных, химических и физических свойств. Из оксидов самый твердый, кристалл сапфира при высоких температурах сохраняет свою высокую жесткость, имеет хорошие теплофизические свойства и превосходную прозрачность. Он химически устойчив к общим кислотам и щелочам при температурах вплоть до 1000 °C. Наиболее эффективно лейкосапфир применяется в качестве оптического, высокотемпературного, электроизоляционного, вакуумноплотного высокотемпературопроводного, износостойкого, твердого, химически и радиационно-стойкого конструкционного материала во многих отраслях промышленности и науки. Лейкосапфир чаще всего, когда возможности других традиционных материалов уже исчерпаны, применяется в экстремальных условиях работы. Настоящее исследование посвящено разработке технологии сапфир – стекловидный диэлектрик – подложка. Данная технология решает проблему создания покрытия, способного обеспечить защиту элементов электронной техники. 1 ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕЙКОСАПФИРА Лейкосапфир представляет собой бесцветный прозрачный минерал, оксид алюминия Al2O3 и является разновидностью корунда. Синтетический корунд применяют для технических целей. Основные физические свойства, по данным исследований, синтетических корундов очень близки к природным. Тремя основными методами выращивания объемного монокристалла корунда в России являются: метод (Чохральского), Вернейля (Бриджмена), и горизонтально направленной кристаллизации (ГНК), Киропулуса (его модификация - метод Мусатова – ГОИ). Для производства кристаллов профилированного лейкосапфира применяется метод Степанова. Этим методом в основном выращивают ленты, которые идут на изготовление различных оптических окон. Методом Чохральского выращивают качественные монокристаллы лейкосапфира, но этот метод требует высокой квалификации обслуживающего персонала и более сложного оборудования. По методу Киропулоса в основном выращивают объемные монокристаллы лейкосапфира. Простой достаточно метод и освоен хорошо, хотя и имеет ряд недостатков, которые повлияют на качество монокристаллов. Монокристаллы лейкосапфира выращенные различными методами имеют одинаковые физико-химические свойства, но различные технические характеристики, необходимые для применения в той или иной сфере науки и техники. В таблице 1 представлен сравнительный анализ технических характеристик монокристаллов лейкосапфира, выращенного различными методами. Таблица 1 Характеристики монокристаллов лейкосапфира при различных способах выращивания Применение в различных областях промышленности лейкосапфира, обусловлено его свойствами: устойчивость к УФ-излучению; высокая прозрачность; устойчивость к высоким температурам и механическим повреждениям ; высокие диэлектрические свойства; позволяющие выращивать на нем эпитаксиальные слои, особенности кристаллической решетки; малый коэффициент трения; высочайшая прочность; возможность сделать прочными очень тонкие изделия; биологическая и химическая пассивность. Он производится по всему миру и фактически используется в каждой крупной отрасли промышленности в промышленных масштабах. В таблице 2 приведена основная номенклатура изделий из лейкосапфира. Таблица 2 Основная номенклатура изделий из лейкосапфира с указанием основных технических требования и областей применения. Продолжение таблицы 2 Полупроводниковые приборы на базе лейкосапфира работают в условиях, в которых выходят их строя полупроводниковые приборы на базе кремния. При производстве различных электронных устройств и приборов ежегодно появляются новые области применения лейкосапфира. Одним из основных потребителей лейкосапфира является оптоэлектроника для изготовления подложек светоизлучающих диодов сверхъярких и лазеров твердотельных, дающих три разновидности света: белый, синий, зеленый. Сегодня в Европе в качестве подложек для светодиодов используют два материала: сапфир, его производство дешево и технологически не сложно, и карбид кремния или карборунд. У новых светодиодов яркость вдвое превосходит аналоги, имеющиеся на рынке, а квантовый выход составляет 34,9 %. Например, при использовании в качестве подсветки экрана этого элемента, в мобильных телефонах, потребуется вдвое меньше энергии при той же яркости. Главной тенденцией, с помощью которой достигает новых показателей микроэлектроника, это минимизация размеров отмеченных структур. Геометрические размеры элементов определяют свойства приборов и заданные параметры, а отклонения размеров приводят к отклонениям технических характеристик, и к потере работоспособности. Сокращение минимальных размеров элементов до субмикронных величин произошло благодаря совершенствованию микроэлектронных приборов, но на несколько порядков увеличило плотность их упаковки на плоской подложке. Размеры подложек интегральных схем выбираются в соответствии со степенью их интеграции, а материалы — в соответствии с требованиями, предъявляемыми к механическим, электрическим и термическим свойствам подложек. Увеличение плотности компоновки элементов и уменьшение их размеров предъявило повышенные требования к качеству обработки и, конечно, к её режимам. Качество поверхностного слоя подложек отражается на работе микросхем и приборов, созданных, с их использованием и существенно влияет на свойства подложек. При поверхностной обработке материалов в этих условиях на первый план выходит вопрос недопустимости возникновения трещин, микродефектов, сколов и дислокаций в основной массе материала. 1.1 Области применения лейкосапфира: - Атомная энергетика: В исследовательских реакторах и ядерных энергетических установках при высокой температуре, в условиях радиационно - и химически активных средах, используются конструкционные элементы и также металлокерамические узлы из лейкосапфира. - Лазерная техника: Вдвое позволили повысить КПД, снизить массу и габариты твердотельных лазерных устройств лампы накачки лазеров с сапфировой оболочкой. Выполнение из профилированного лейкосапфира конструктивные элементы твердотельных газовых лазеров способствует повышению их удельных энергетических характеристик. Используемые профили: трубы, моноблоки, трубы переменного сечения. - Оптика: Лейкосапфир применяется в качестве линз, окон, иллюминаторов. Используемые профили: пластины, стержни, линзы и прочие изделия более сложной формы, получаемые за счет механической обработки. - Светотехника: В самых экономичных источниках массового освещения - натриевых лампах высокого давления - вместо керамических, повышает светоотдачу ламп 10-30% применение сапфировых газоразрядных трубок. Применение сапфира вместо кварца дает значительный эффект также в других высокоинтенсивных источниках света. Лейкосапфир используется при изготовлении светодиодов большой яркости. Используемые профили: трубы, пластины представлены на рисунке 1. Рисунок 1. Трубы и пластины из лейкосапфира - Химия и металлургия активных веществ: Сопла, трубы, лодочки, реакторы, змеевики, крепежные сапфировые детали могут применяться в узлах аппаратуры для высокотемпературных химических и металлургических процессов с особо чистыми химическими веществами: щелочными металлами, полупроводниковыми материалами, фторосодержащими соединениями и т.д. Используемые профили: трубы, тигли. спиральные трубы, пластины, стержни, фигурные изделия. - Электротехника и термометрия: С герметизируемыми торцами сапфировые трубы могут использоваться для создания электропечей до 2000 °С с окислительной или другой химической активной средой. Сапфировые светопроводы, позволяют повысить точность и уровень измеряемой температуры - термопарные колпачки, уменьшить инерционность терморегуляторов. В несколько раз большую стойкость, чем узлы с керамическим изоляторами, при работе в химически и радиационно - активных средах с высокой температурой, имеют металлоизоляционные вакуумноплотные узлы электроустановок с применением сапфира (рисунок 1.2). - Износостойкие механические элементы оборудования: Наконечники сапфировые у пескоструйных аппаратов, направляющие станков электроэрозионной обработки, направляющие в производстве и фильеры и кабелей, нитеводители в производстве волокон синтетических, подшипники скольжения (в том числе для работы без смазки) и опоры, наконечники измерительного инструмента. Рисунок 1.2 Продукция для электротехники изготовлена - Нефте - газодобыча: Устьевые штуцера и другие элементы, оборудования нефтяных и газовых скважин. - Медицина: По отношению к крови и ткани человеческого организма сапфир нейтрален, что позволяет использовать его в качестве имплантов стоматологии, при изготовлении хирургического инструмента, в том числе для глазных операций, при сращивании костной ткани после переломов в качестве скрепляющих шпилек, для позвонков искусственных, ну и для лазерных установок в качестве наконечников. - Ювелирная промышленность: алмазной обработкой (из выращенных кристаллов сложного профиля) изготавливаются изделия принципиально новых и нейтральных форм, авангардного направления, в том числе крашенные (рисунок 1.3). - Машино – и приборостроение: Используется лейкосапфир для изготовления окон считывающих устройств, тепловизоров, сканеров, телефонов мобильных, подложек резисторов, призм, конструкционных элементов, в том числе на высокие температуры. Рисунок 1.3 Изделия сложного профиля из сапфира. Рисунок 1.4. Продукция из лейкосапфира для приборостроения. Этим не ограничиваются возможные области использования профилированного сапфира. Экономический эффект от его использования обусловлен сокращением отходов, трудозатрат и при обработке механической расходования алмазного инструмента, а получением деталей мелко- и крупногабаритных, в том числе сложной формы, недоступных другим методам изготовления. 2 ОБЗОР ПРОГРАММЫ COMSOL MULTIPHYSICS. В данной работе демонстрируется результат моделирования термического напряжения в диэлектрической мембране на сапфировой подложке. Наглядно иллюстрируется распределение механических напряжений в четырехслойной мембране. В среде COMSOL Multiphysics сделано моделирование системы (корунд) Al2O3 подложка – SiO2 пленка. 2.1 Термическое напряжение пленки на сапфире Термические напряжения – это напряжения, которые возникают при нагреве, охлаждении, а также длительном пребывании при повышенной или пониженной температуре в связи с изменением теплового состояния тел. Как пример термического напряжения — возьмем напряжения, возникающие при закалке стальных деталей; в данном случае термическое напряжение представляет собой сочетание напряжений, обусловленные изменением удельного объёма стали при её превращении мартенситном в процессе закалки, и температурных напряжений, вызванных охлаждением быстрым. Действие термического напряжения, к примеру растрескивание при закалке, может проявляться не в момент охлаждения (изменения теплового состояния), а только спустя какое-то время (иногда даже спустя несколько суток) в результате накопления напряжений постепенного, возникающих при изменении удельных объёмов структурных составляющих. Термическое напряжение изначально проявляется в виде расширения или сжатия, в конечном счете — смещения прилегающих слоев по всей глубине структуры композитного материала. К накоплению деформаций и более сильным смещениям приводит многократное термическое напряжение, которые, в свою очередь, связаны с повышенным риском образования трещин. От механических характеристик, количественно определяемых посредством измеримых параметров, таких как предел текучести, модуль Юнга и коэффициент Пуассона зависят напряжения в материале. Принимая во внимание механические и тепловые характеристики материала, я воспользовался средствами моделирования для проектирования и оптимизации структуры защитных слоев композитных материалов, которая минимизирует напряжение, образования и смещения трещин. Сапфир как хорошая оптическая среда, что может быть применено в оптоэлектронике. Также он является хорошим диэлектриком, и с его применением достигается высокая степень диэлектрической изоляции (вплоть до 1017 Ом?см) элементов различных многоэлементных электронных систем, уменьшается влияние паразитных емкостей, степень интеграции микросхем повышается, увеличивается быстродействие, токи утечки уменьшаются. Все это определяет перспективность использования сапфировых подложек. В специальной литературе имеется ряд работ, посвященных получению полупроводниковых приборов на сапфировых подложках. Например, в работе (Воротынцев, и др., 2011) приведен метод улучшения кристаллической структуры эпитаксиального слоя кремния, полученного на сапфировой подложке путем его предварительной аморфизации высокоэнергетическими ионами кремния и последующего восстановления (твердофазной рекристаллизации) до структурно-совершенного монокристаллического состояния. Проведен сравнительный анализ структурных и электрофизических параметров композиции «кремний на сапфире» до и после твердофазной рекристаллизации. Важное значение для уменьшения рисков и затрат, связанных с повреждением защитного покрытия имеет оценка тепловых характеристик каждого из слоев в схеме поверхностной защиты. Данная модель показывает концепцию мультифизического моделирования в среде COMSOL. Для решения этой задачи я последовательно задаю различные настройки физик. В итоге получится полноценная мультифизическая модель. Модель, которую я создам, будет анализировать образец с нанесенной пленкой под действием термического напряжения. Интерфейс «Heat Transfer in Solids»комбинирует с интерфейсом тепловой мультифизики напряжения «Solid Mechanics». Связь происходит на доменном уровне, где температура от интерфейса «Heat Transfer» действует как тепловая нагрузка для интерфейса «Solid Mechanics», вызывая тепловое расширение. В составляющих интерфейсах физики: Интерфейс «Solid Mechanics» предназначен для общего структурного анализа 3D, 2D, или осесимметричных тел. При 2D, плоском напряжении или плоской деформации могут использоваться предположения. Интерфейс «Solid Mechanics» основывается на решениях уравнений Навьера и заканчивается, такие как смещения, усилия, и деформации вычислены. Интерфейс «Heat Transfer in Solids» обеспечивает функции моделирования теплопередачи проводимостью, конвекцией и излучением. Теплопередача в модели Твердых частиц активна по умолчанию на всех доменах. Вся функциональность для включения других доменных типов, таких как жидкий домен, также доступна. Температурное уравнение, определенное в твердых доменах, соответствует дифференциальной форме закона Фурье, который может содержать дополнительные вклады как тепловые источники. Задача моделирования — точно рассчитать термическое напряжение образца. После того, как пояснена мультифизическая основа явления, можно изучить структурную деформацию, напряжение и давление в образце, вызванные тепловым расширением, а также охлаждающее влияние воздушного потока. 2.2 Термическое напряжение в слоистой структуре Интерфейс мультифизики теплового напряжения и интерфейс механики твердого тела с теплопередачей комбинируют в интерфейсе твердых частиц. Связь происходит на уровне области, где температура от теплопередачи соединяет интерфейсом с действиями как с тепловой нагрузки для интерфейса механики твердого тела, порождения теплового расширения. В составляющем интерфейсе физики: Интерфейс механики твердого тела предназначен для общего структурного анализа 3D, 2D, или осесимметричных тел. При 2D, плоском напряжении или плоской деформации могут использоваться предположения. На уравнении Навьеровского решения основывается интерфейс механики твердого тела и заканчиваются, такие как смещения, усилия и вычисление деформации. Теплопередача в интерфейсе твердых частиц обеспечивает функции моделирования теплопередачи проводимостью, конвекцией и излучением, теплопередача в твердой модели активна по умолчанию на всех областях. Вся функциональность для включения других типов областей, таких как жидкая область, также доступна. Температурное уравнение, определенное в твердых областях, соответствует дифференциальной форме закона Фурье, которая может содержать дополнительные вклады как тепловые источники. 2.3 Программная среда COMSOL Multiphysics Ученые и инженеры моделируют устройства, конструкции и процессы во всех областях инженерных, научных и производственных исследований с помощью программы COMSOL Multiphysics. COMSOL Multiphysics – это интегрированная платформа для моделирования на всех его этапах: от геометрии, свойств материала и описания физических явлений, до настройки решения, что позволяет получать точные и надежные результаты. Точные модели мультифизические учитывают широкий диапазон рабочих условий и все физические явления. Поэтому моделирование помогает проектировать, понимать и оптимизировать устройства и процессы с учетом реальных условий их работы. Моделирование в COMSOL Multiphysics позволяет исследовать в одной программной среде явления электромагнетизма, механики конструкций, акустики, гидродинамики, теплопередачи и химические реакции, а также любые другие физические явления, которые можно описать системами дифференциальных уравнений в частных производных. Можно сочетать в одной модели все физические явления. 2.3.1 COMSOL Desctop Рисунок 2 Описание панели инструментов Рисунок 2.1 Описание панели инструментов На рисунках выше (2 и 2.1) приведен снимок экрана COMSOL Multiphysics при первом запуске. COMSOL Desktop - это интегрированная комплексная среда для моделирования физических явлений и разработки приложений, в которой присутствует все необходимое для создания удобного пользовательского интерфейса для создаваемых моделей. Рабочий стол удобно настраивается. Окна изменяются в размерах, их можно двигать, закреплять и также разъединять. Все изменения в макете сохраняются по завершении сеанса и снова отображаются при следующем запуске COMSOL Multiphysics. По мере построения модели будут добавляться новые окна и виджеты. В число доступных окон и элементов пользовательского интерфейса входят: Панель инструментов быстрого доступа На панели инструментов быстрого доступа присутствуют такие функции, как открыть, сохранить, отменить, повторить, копировать, вставить и удалить. Набор инструментов настраивается в списке панели инструментов быстрого доступа. Лента В ленте, которая в верхней части рабочего стола содержатся команды для выполнения большинства задач моделирования. Лента доступна только в версии среды COMSOL Desktop для Windows, а в версиях для OS X и Linux вместо нее используются меню и панели инструментов. Чтобы приступить к созданию приложения на основе вашей модели, необходимо всего лишь нажать кнопку Среда разработки приложений для перехода из Построителя моделей в Среду разработки. Окно настроек Здесь задаются главные характеристики модели, включая размерность геометрии, свойства материалов, граничные и начальные условия, а также другая любая информация, которая может понадобиться для решения модели. Ниже на рисунке показано окно Settings (Настройки) узла Geometry (Геометрия). Рисунок 2.2 Окно настроек Окна графиков Информационные окна Окна для вывода графических данных. Как и Графическое окно, окна графиков служат для визуализации результатов. Для одновременного отображения нескольких результатов можно использовать несколько окон графиков. Особым случаем является окно График сходимости (Convergence Plot), которое автоматически создает и выводит на экран график сходимости решения в ходе выполнения модели. Информационные окна и прочие окна Это окна для вывода неграфических данных. К ним относятся: • Сообщения (Messages): в данной команде отображается различная информация о текущем сеансе COMSOL. • Ход выполнения (Progress): здесь доступны такие кнопки как остановка и информация о ходе решения. • Журнал (Log): здесь отображаются сведения от решателя, такие как время решения, число степеней свободы и итерационные данные решателя. • Таблица (Table): здесь предоставлены числовые данные в табличном формате, который задается в разделе Результаты (Results). • Внешний процесс (External Process): панель управления кластерными, облачными и пакетными задачами. Прочие окна • Добавить материал (Add Material) и Браузер материалов (Material Browser): предоставляет доступ к библиотекам свойств материалов. Браузер материалов дает возможность изменять свойства материалов. • Список выбора (Selection List): перечень объектов геометрии, областей, границ, граней и точек, доступных для выбора в настоящий момент. Выпадающий список Окна (Windows) на вкладке ленты Главная (Home) позволяет переключаться между всеми окнами COMSOL Desktop. Шкала выполнения с кнопкой Отмена (Cancel) Шкала выполнения с кнопкой для отмены текущего вычисления, если оно запущено, расположена в правом нижнем углу интерфейса COMSOL Desktop. Динамическая справка Окно Справка (Help) отображает контекстную справку об открытых окнах и выбранных узлах дерева модели. После запуска (например, клавишей F1) окно Справка (Help) отображается динамическая справка для выбранного пользователем узла или окна. В окне Справка (Help) можно также искать сведения по другим темам, таким как пункты меню. Параметры (Preferences) Параметры - это пользовательские настройки среды моделирования. Большинство из них применяются ко всем сеансам моделирования, но некоторые сохраняются прямо в модели. Окно Параметры (Preferences) можно вызвать из меню Файл (File). Рисунок 2.3 Параметры В окне Параметры (Preferences) изменяются такие настройки, как режим построения графики, количество знаков в числовых результатах, максимальное число ядер ЦП для выполнения вычислений, а также пути к пользовательским библиотекам приложений. Можно просмотреть текущие настройки, чтобы изучить возможные варианты. Создание новой модели Создается модель при помощи Мастера создания моделей или на основе шаблона Пустой модели, как показано на рисунке 2.4. Рисунок 2.4. Окно создания новой модели 2.3.2 Создание модели с помощью мастера создания моделей Мастер создания моделей помогает задать размерность пространства, физику и тип исследования всего за несколько шагов: 1. Сначала нужно выбрать размерность пространства для компонента модели: 3D (Трехмерное), 2D Axisymmetric (аксиально-симметричное двумерное), 2D (Двумерное), 1D Axisymmetric (аксиально-симметричное одномерное) или 0D (Нульмерное). Рисунок 2.5 Выбор размерности пространства 2. Далее добавляется один или несколько интерфейсов физик. Они сгруппированы по нескольким разделам физики для удобства поиска. Все эти разделы напрямую не соответствуют продуктам. При добавлении продуктов в COMSOL Multiphysics дополнительные интерфейсы физик вполне могут появиться сразу в нескольких разделах. Рисунок 2.6 Интерфейсы физик 3. Выбирается тип исследования, соответствующий одному или нескольким решателям, которые будут использоваться при вычислениях. Рисунок 2.7 Типы исследования И теперь, нажимается Готово (Done). На рабочем столе появляется дерево модели с учетом тех настроек, которые задавались в Мастере создания моделей. 2.3.3 Лента и панель инструментов быстрого доступа Вкладки с ленты COMSOL Desktop отражают процесс моделирования и функциональность, которая доступна на всех этапах, включая создание приложений на базе собственных моделей. Рисунок 2.8 Лента и панель инструментов быстрого доступа На вкладке Главная (Home) расположены кнопки операций используемых чаще всего для изменения модели, запуска моделирования, а также построения и тестирования приложений. Среди этих операций — изменение параметров модели для геометрии, анализ свойств и физик материалов, построение сетки, исследования и визуализация результатов моделирования. Абсолютно у всех основных этапов процесса моделирования есть стандартные вкладки. Они расположены слева направо с учетом порядка действий: Определения (Definitions), Геометрия (Geometry), Материалы (Materials), Физики (Physics), Сетка (Mesh), Исследование (Study) и Результаты (Results). Контекстные вкладки отображаются, только когда необходимы — например, вкладка 3D Plot Group (Группа 3D-графиков) доступна только при добавлении соответствующих графиков или при выборе узла в дереве модели. Рисунок 2.9 Лента и панель инструментов быстрого доступа Для особых операций используются модальные вкладки, когда прочие возможности ленты временно не требуются. Как пример можно привести модальную вкладку Рабочая плоскость (Work Plane). При использовании рабочих плоскостей остальные вкладки не отображаются, так как не содержат нужных операций. Рисунок 2.10 Рабочая плоскость Панель инструментов быстрого доступа В Панели инструментов быстрого доступа содержится набор команд, не зависящих от отображаемой вкладки ленты. Панель инструментов быстрого доступа можно настроить: добавить на нее большое количество команд из меню Файл (File), команды отмены и повтора недавних действий, а также команды копирования, вставки, дублирования и удаления узлов дерева модели. Кроме того, можно разместить панель инструментов быстрого доступа над лентой или под ней. Построитель моделей и дерево модели Построитель моделей - это инструмент, чтобы задать параметры модели и ее компоненты: алгоритм решения, анализ результатов и отчетов. Для этого строится дерево модели. Построение модели начинается со стандартного дерева модели, в которое можно добавлять узлы и менять настройки. Все узлы в дереве модели по умолчанию являются родительскими узлами верхнего уровня. Чтобы добавить и просмотреть список добавленных дочерних узлов, или подузлов, следует щелкнуть правой кнопкой мыши соответствующий узел. Именно таким образом в дерево добавляются узлы. При щелчке по дочернему узлу открываются его настройки в окне Настройки (Settings). Именно здесь можно изменить настройки узла. Отмечу, что когда открыто окно Справка (Help) в меню Файл (File) можно получить динамическую справку (на английском языке), щелкнув какой-либо узел. 2.3.4 Узлы ROOT (КОРНЕВОЙ), GLOBAL DEFINITIONS (ГЛОБАЛЬНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ) И RESULTS (РЕЗУЛЬТАТЫ) У дерева модели всегда есть корневой узел (называется Untitled.mph), два узла Глобальные определения (Global Definitions) и Результаты (Results). Имя главного узла - это имя файла модели, в данном узле хранится эта модель. В настройках основного узла указаны имя автора, по умолчанию система единиц измерения и другие параметры модели. Рисунок 2.11 Дерево построения модели По умолчанию в узле Глобальные определения (Global Definitions) есть подузел Материалы (Materials). Узел Глобальные определения (Global Definitions) служит для задания переменных, параметров, функций и связей, которые используются в дереве модели. Они применяются, например, для определения значений и зависимостей свойств материалов, сил, геометрии и других элементов. Сам по себе узел Глобальные определения (Global Definitions) не имеет настроек, но их много у его дочерних узлов. В узле Глобальные определения (Global Definitions) > Материалы (Materials) хранятся свойства материалов, на которые можно ссылаться в узлах Компонент (Component) модели. Узел Результаты (Results)содержит решение, получившееся после моделирования, а также инструменты для обработки данных. Изначально узел Результаты (Results) состоит из пяти подузлов: • Наборы данных (Data Sets) содержат список доступных решений. • Производные значения (Derived Values) получаются на основе решения, используя инструменты постобработки. • Таблицы (Tables) удобны для отображения производных значений или результатов работы датчиков, которые в реальном времени отслеживают ход решения моделирования. • С помощью функции экспорта (Export) выбираются числовые данные, изображения и анимация для экспорта в файлы. • Автоматически созданные или собственные отчеты (Reports) о модели в формате HTML или Microsoft Word. Рисунок 2.12 Содержание узла Результаты К пяти этим подузлам можно добавить подузлы Группа графиков (Plot Group), задающие графики, которые отображаются в Графическом окне или в окнах графиков. Некоторые графики автоматически создаются в зависимости от вида моделирования, но также можно добавить дополнительные графики - для этого надо нажать правой кнопкой мыши на узле Результаты (Results) и выбрать тип графика из списка. 2.3.5 Узлы КОМПОНЕНТ (COMPONENT) и ИССЛЕДОВАНИЕ (STUDY) Помимо трех выше описанных узлов есть еще два дополнительных типа узлов: Узлы Компонент (Component) и Исследование (Study). Обычно они создаются мастером создания моделей при добавлении новой модели. Далее, как выбран тип моделируемой физики и тип исследования в мастере создания моделей, он автоматически создает по одному узлу для каждого типа и отображает их содержимое. При разработке модели можно добавить дополнительные узлы Компонент (Component) и Исследование (Study). Так как в модели может быть несколько узлов Компонент (Component) и Исследование (Study), у них должны быть разные имена, чтобы не было путаницы. Поэтому эти типы узлов лучше переименовать с учетом их индивидуального назначения. Рисунок 2.13 Содержание узлов Component и Study Если у модели несколько узлов Компонент (Component), их можно связать для того, чтобы получить более сложную последовательность моделирования. Нужно отметить, что узел Исследование (Study) может выполнять различные типы вычислений, поэтому у всех узлов есть своя кнопка Вычислить (Compute). 2.3.6 Параметры, переменные и их область действия Параметры Параметры - это собственные скалярные константы, которые доступны во всех элементах модели. Другими словами, они «глобальные» по своей сути. Типичные варианты применения: • Параметризация геометрических размерностей. • Задание размеров элементов сетки. • Задание параметрического исследования (т. е. моделирования, которое повторяется для большого числа значений какого-либо параметра - например, частоты или нагрузки). Выражение параметра может содержать параметры, числа, встроенные константы, встроенные функции с параметрами в качестве аргументов, а также бинарные и унарные операторы. Так как эти выражения оцениваются до запуска моделирования, параметры не могут зависеть от переменной времени t, а также от пространственных координат x, y, z и других переменных, относительно которых решаются уравнения в модели. Параметры задаются в дереве модели в узле Глобальные определения (Global Definitions). Рисунок 2.14 Окно параметров модели Переменные Переменные задаются либо в узле Глобальные определения (Global Definitions), либо в подузле Определения (Definitions) узла Компонент (Component). Выбор места для того чтобы объявить переменную зависит от того, должна ли переменная быть глобальной (т. е. доступной во всех элементах дерева модели) или локальной (т. е. доступной только в одном узле Компонент (Component)). Выражение переменной может содержать числа, параметры, встроенные константы, а также унарные и бинарные операторы, как и выражение параметра. Однако в нем уже могут быть такие переменные, как t, x, y или z, функции с выражениями для переменной в качестве аргумента, а также переменные, относительно которых решается уравнение, и их временные и пространственные производные. Переменные, используемые в приложениях Параметры и переменные модели используются в приложениях. Например, можно разрешается изменять значе....................... |
Для получения полной версии работы нажмите на кнопку "Узнать цену"
Узнать цену | Каталог работ |
Похожие работы: