Instrukcja do laboratorium Systemy komputerowego wspomagania projektowania dr inż. Krzysztof Smółka dr hab. inż. Krzysztof Komęza Prof. PŁ mgr inż. Marcin Lefik
Spis treści SPIS TREŚCI... 2 1.URUCHAMIANIE PROGRAMU MODELLER...3 2.KONDENSATOR...5 2.1.BUDOWA MODELU I PRZYGOTOWANIE SYMULACJI...5 2.1.1.BUDOWA MODELU BRYŁOWEGO...5 2.1.2.GENEROWANIE SIATKI ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH...18 2.1.3.WARUNKI BRZEGOWE...19 2.2.PRZYGOTOWANIE I URUCHAMIANIE OBLICZEŃ...20 2.3.OBLICZENIA W POSTPROCESORZE...21 3.MIKROSILNIK KRZEMOWY 8/12...24 3.1.ANALIZA BUDOWA MIKROSILNIKA KRZEMOWEGO 8/12...24 3.2.BUDOWA MODELU POLOWEGO...26 3.2.1.TWORZENIE WARSTW IZOLACYJNYCH...26 3.2.2.TWORZENIE STOJANA MIKROSILNIKA...30 3.2.3.TWORZENIE ŁOŻYSKA WIRNIKA...33 3.2.4.TWORZENIE WIRNIKA...36 3.2.5.TWORZENIE TŁA...39 3.2.6.PARAMETRY MATERIAŁOWE...40 3.2.7.DEFINIOWANIE WARUNKÓW BRZEGOWYCH...41 3.2.8.USTAWIANIE POTENCJAŁÓW...43 3.3.GENEROWANIE SIATKI ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH...46 3.4.PRZYGOTOWANIE I URUCHOMIENIE OBLICZEŃ...47 3.5.ANALIZA WYNIKÓW W PROGRAMIE POST-PROCESSOR...49
1. Uruchamianie programu Modeller Z menu Start systemu MS Windows, w katalogu Programy należy odnaleźć katalog Vector Fields Opera, a w nim program Opera 12.0 i uruchomić go: Start Programy Vector Fields Opera Opera 12.0 Zostanie uruchomione okno Menadżera pakietu Opera 2D/3D. Z menu głównego Menadżera należy wybrać polecenie ładujące klucz licencji programu: Options Licensing Set Dongle Type Network Rys. 1-1 Okno dialogowe z komunikatem poprawnie załadowanego klucza licencji programu. Po pojawieniu się okna z komunikatem (Rys. 1-1) wcisnąć przycisk OK. Gdy licencja jest załadowana poprawnie można uruchomić program Modeller. Z menu górnego wybrać: Opera-3D Modeller Przy pierwszym uruchomieniu programu pojawi się okno dialogowe, w którym można ustawić folder roboczy służący do przechowywania plików z modelami i wynikami obliczeń (Rys. 1-2). Rys. 1-2 Okno dialogowe służące do wskazania folderu roboczego. Okno programu Modeller po uruchomieniu przedstawia Rys. 1-3.
Menu górne Paski narzędziowe Osie układu współrzędnych Pasek stanu Rys. 1-3 Okno programu Modeller.
2. Kondensator W ćwiczeniu przedstawione zostanie zastosowanie solvera TOSCA Electrostatic do analizy pola elektrostatycznego w kondensatorze obrotowym o zmiennej pojemności. W pierwszej części omówiona zostanie budowa modelu polowego kondensatora oraz przygotowanie pliku obliczeniowego. W drugiej części zostanie zademonstrowana analiza wyników obliczeń w programie Post-Processor pakietu OPERA 3D. Pokazane zostaną możliwości wizualizacji wyników oraz obliczanie pojemności kondensatora. Model bryłowy kondensatora przedstawiono na Rys. 2-4. Rys. 2-4 Model bryłowy kondensatora powietrznego o zmiennej pojemności. 2.1. Budowa modelu i przygotowanie symulacji 2.1.1. Budowa modelu bryłowego Pierwsza okładzina kondensatora zostanie utworzona z płaskiego walca przeciętego na pół z wyciętym otworem osi obracającej okładziny ruchome. W pierwszym kroku zostanie utworzony walec o współrzędnych środka podstawy dolnej (0,0,0), współrzędnych środka podstawy górnej (0,0,1) i promieniu 25. W walcu tym ustawiona zostanie etykieta materiału Null co oznacza że wewnątrz tego walca nie będzie generowana siatka elementów skończonych. Następnie walec zostanie obcięty przy pomocy prostopadłościanu o współrzędnych wierzchołków: dolnego (30,-30,-30) i górnego (20,0,30) oraz operacji odejmowania brył. W pozostałej połowie walca zostanie wycięty otwór przy pomocy walca o współrzędnych dolnej podstawy (0,0,-10), górnej (0,0,10) i promieniu 6 oraz operacji odejmowania brył. Pozostałe okładziny zostaną utworzone przy pomocy operacji kopiowania.
Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Create Object Cylinder/Cone Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Create Object Block
Wybrać z paska narzędziowego ikonę i lub z menu górnego: Picking Pick Bodies i Picking Pick Entity Zaznaczyć narysowane bryły klikając dwukrotnie lewym przyciskiem myszy kolejno na walcu i prostopadłościanie. Zaznaczona bryła zmienia kolor na pomarańczowy. Kolejność zaznaczenia brył jest istotna ze względu wynik końcowy działania operacji odejmowania brył. Z menu podręcznego wybrać: Combine Bodies Subtraction, with regularization lub z menu górnego: Operations Combine Bodies Subtraction, with regularization W wyniku operacji odejmowania od walca prostopadłościanu pozostanie połowa walca.
Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Create Object Cylinder/Cone Przy pomocy polecenia Subtraction, with regularisation odjąć od połowy walca mniejszy walec. Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Picking Pick Cells Zaznaczyć bryłę jako klikając dwukrotne przyciskiem myszy. komórkę lewym
Z menu podręcznego wybrać: Cell properties... lub z menu górnego: Properties Cell properties... Pozostałe okładziny zostaną utworzone przy pomocy operacji kopiowania z przesunięciem. Druga z okładzin odsunięta zostanie o 2 jednostki w kierunku dodatnim osi Z od okładziny pierwszej, natomiast trzecia okładzina o 3 jednostki w kierunku ujemnym osi Z. Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Picking Pick Bodies Zaznaczyć bryłę klikając dwukrotne lewym przyciskiem myszy.
Z menu podręcznego wybrać: Copy... lub z menu górnego: Operations Copy... nacisnąć przycisk Apply nacisnąć przycisk OK. Po narysowaniu trzech okładzin kondensatora konieczne jest ustawienie etykiet warunków brzegowych dla powierzchni bocznych tych okładzin. Etykiety te zostaną później wykorzystane do zdefiniowania potencjałów na okładzinach kondensatora.
Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Picking Pick Bodies Zaznaczyć jako bryłę utworzoną okładzinę pierwszą Wybrać z paska narzędziowego ikonę i lub z menu górnego: Picking Pick Faces i Picking Change Type of Picked Entities Nastąpiła zmiana typu wybranego obiektu. Zamiast wybranej do edycji bryły tworzącej okładzinę zaznaczone zostały powierzchnie tej bryły.
Z menu podręcznego wybrać: Faces properties... lub z menu górnego: Properties Faces properties... Analogiczne operacje wykonać dla dwóch pozostałych okładzin.
Kolejny krok to zagęszczenie siatki w szczelinach powietrznych pomiędzy okładzinami kondensatora. Posłuży do tego funkcja Layering, którą stosuje się do powierzchni. Wprowadza ona warstwy elementów w określonej parametrami odległości od powierzchni, dla której tę funkcję się stosuje. Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Picking Pick Faces Zaznaczyć 6 powierzchni okładzin kondensatora w kształcie półokręgów z wycięciami. Z menu podręcznego wybrać: Faces properties... lub z menu górnego: Properties Faces properties... Model kondensatora musi zostać zamknięty obszarem powietrza. Obszar ten zostanie utworzony z trzech brył w kształcie walców. Pierwszy walec ma współrzędne podstawy dolnej (0,0,-5), współrzędne podstawy górnej (0,0,5) i promień 25. Ponadto w walcu tym zostanie ustawiony parametr Data storage level równy 50 i Maximum element size równy 2. Drugi walec ma współrzędne podstawy dolnej (0,0,-10), współrzędne podstawy górnej (0,0,10) i promień 30. Ponadto w walcu tym zostanie ustawiony parametr Data storage level równy 40 i Maximum element size równy 5. Trzeci walec ma współrzędne podstawy dolnej (0,0,-80), współrzędne podstawy górnej (0,0,80) i promień 80.
Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Create Object Cylinder/Cone Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Picking Pick Cells Zaznaczyć bryłę tworzącą obszar powietrza jako komórkę klikając dwukrotne lewym przyciskiem myszy.
Z menu podręcznego wybrać: Cell properties... lub z menu górnego: Properties Cell properties... W podobny sposób utworzyć pozostałe dwa obszary powietrzne.
Ostatnim etapem budowy modelu bryłowego będzie podział modelu przy pomocy prostokątnych ścianek. Podział taki spowoduje uproszczenie kształtów brył tworzących model, a co za tym idzie przyspieszy generowanie siatki podziałowej i sprawi, że będzie się ono odbywało bez błędnie. Narysowane zostaną dwie ścianki podziałowe, jako prostopadłościany o wysokości w jednym z kierunków osi równej 0. Współrzędne wierzchołków pierwszej ścianki podziałowej to:(0,-80,-80) i (0,80,80). Druga ścianka zostanie utworzona przy pomocy funkcji kopiowania z obrotem o 90º wokół osi Z.
Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Create Object Block Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego: Picking Pick Entities by Property Z kategorii Name wybrać nazwę sheet i nacisnąć przycisk Add, a następnie przycisk Close.
Z menu podręcznego wybrać: Copy... lub z menu górnego: Operations Copy... 2.1.2. Generowanie siatki elementów skończonych Z menu górnego wybrać: Model Create Model Body... Operacja ta scala wszystkie bryły w jedną bryłę, a także tworzone są warstwy zdefiniowane przy pomocy polecenia Layering. Ponadto ścianki podziałowe dzielą model na mniejsze komórki. Z menu górnego wybrać: Model Generate Surface Mesh... Maksymalna wielkość elementu siatki ustawiona zostanie na 10, mniejsze elementy powstaną w poszczególnych komórkach, w których parametr określający wielkość elementu został ustawiony. Z menu górnego wybrać: Model Generate Volume Mesh...
2.1.3. Warunki brzegowe Wykorzystując wcześniej zdefiniowane na powierzchniach okładzin kondensatora etykiety można ustawić na nich warunki brzegowe w postaci potencjałów. Pierwszym krokiem jest jednak wybór odpowiedniego do obliczeń pola elektrostatycznego solvera. W pakiecie OPERA 3D jest nim program TOSCA Electrostatic. Następny krok to przypisanie do etykiet odpowiednich wartości potencjałów. Model Analysis Type TOSCA Electrostatic Model Set Boundary Conditions... Wybrać z listy etykietę earth. Zaznaczyć rodzaj warunku brzegowego Voltage i w oknie Functional voltage wpisać wartość 0. Nacisnąć przycisk Apply i powtórzyć czynność przypisując etykietom live1 i live2 wartość potencjału +10V. Za każdym razem nacisnąć przycisk Apply, a na koniec przycisk OK lub Quit.
2.2. Przygotowanie i uruchamianie obliczeń Po ukończeniu budowy modelu kolejny etap to utworzenie pliku z bazą danych do obliczeń. Z menu górnego wybrać: Model Create Analysis Database... Baza danych będzie utworzona w układzie jednostek SI z jednostkami długości mm, nazwa pliku to Capacitor. Plik będzie miał rozszerzenie.op3. Aby utworzyć plik z bazą danych do obliczeń i uruchomić obliczenia należy po wprowadzeniu powyższych ustawień nacisnąć przycisk Prepare and Solve.
2.3. Obliczenia w postprocesorze Wizualizację wyników obliczeń oraz dodatkowe obliczenia można wykonać w programie Post-Processor. Uruchomienie Post-Procesora możliwe jest z poziomu programu Modeller oraz z poziomu Menadżera pakietu OPERA. Zostanie wyświetlony rozkład modułu natężenia pola elektrostatycznego oraz policzona pojemność kondensatora. W programie Modeller Post-Processor uruchamiany jest następująco: Z menu górnego wybrać: Model Launch Post-Processor Po uruchomieniu postprocesora zostanie wczytany ostatnio policzony plik oraz wyświetlone zostaną części modelu nie będące powietrzem.
Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego wybrać: View 3D Display... Pojemność kondensatora może elektrostatycznego wyrażona jest wzorem: być obliczona We = Zatem pojemność kondensatora: C= 1 2 z energii pola C U2 2 We U2 Do obliczeń potrzebna jest energia pola elektrostatycznego w kondensatorze. elektrostatycznego. Energia pola
Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego wybrać: Integrals Energy, Power and Force... Zostanie obliczona całka objętościowa po wszystkich objętościach brył modelu. Domyślnie na liście objętości wybranych do całkowania zaznaczone są wszystkie objętości modelu. By obliczyć energię wystarczy jedynie nacisnąć przycisk Integrate. Wyniki obliczeń wyświetlone zostaną w oknie. Wybrać z paska narzędziowego ikonę lub z menu górnego wybrać: Options User Variable Calculator... Pojemność zostanie obliczona przy pomocy kalkulatora w jednostkach pf. Kliknąć dwukrotnie na Type variable name... i wpisać #cap_pf i nacisnąć klawisz Enter. Wpisać w polu Expression 2*Energy/10**2*1e12 i nacisnąć klawisz Enter. Wynik wyświetlony zostanie w kolumnie Value.
3. Mikrosilnik krzemowy 8/12 3.1. Analiza budowa mikrosilnika krzemowego 8/12 W silniku krzemowym można wyróżnić następujące elementy (warstwy): Łożysko - polisilokon Wirnik - polisilikon Warstwa izolacyjna - polisilikon Stojan - polisilikon Warstwa izolacyjna dwutlenek krzemu Warstwa izolacyjna azotek krzemu Warstwa izolacyjna silikon Rys. 3-5 Warstwy w mikrosilniku krzemowym. Ponadto występują warstwy izolacyjne elektrod stojana i zębów wirnika. Warstwy te ze względu na to że są bardzo cienkie (napylane) można pominąć w modelowaniu. Mikrosilnik krzemowy typu 8/12 zbudowany jest z 8 zębów wirnika i 12 elektrod umieszczonych na stojanie. Wymiary zębów wirnika i elektrod stojana pokazano na Rys. 3-6 i Rys. 3-7.
Rys. 3-6 Wymiary elektrod stojana i zębów wirnika w mikrosilniku krzemowym 8/12 widok z góry. Rys. 3-7 Wymiary warstw mikrosilnika krzemowego 8/12 w widoku przekroju. Na podstawie powyższych danych zostanie utworzony model polowy mikrosilnika krzemowego.
3.2. Budowa modelu polowego Model polowy mikrosilnika krzemowego typu 8/12 zostanie utworzony w programie Modeller pakietu Opera 3D. 3.2.1. Tworzenie warstw izolacyjnych W pierwszym etapie tworzenia modelu zostaną narysowane warstwy izolacyjne mikrosilnika. Warstwy izolacyjne to walce o wymiarach: Tab. 3-1 Wymiary warstw izolacyjnych w mikrosiliniu. Warstwa izolacyjna Promień [µm] 1 silikon 100 2 azotek krzemu 100 3 dwutlenek krzemu 100 4 polisilikon 52 Wysokość [µm] 10 1 2 0.5 Tworzenie warstwy izolacyjnej 1: z menu górnego wybrać: Create Object Cylinder/Cone lub z paska narzędziowego: A następnie wypełnić okno dialogowe: Wysokość walca została określona przez współrzędne x dolnej i górnej podstawy. W analogiczny sposób utworzyć warstwy 2, 3 i 4:
Utworzonym warstwom zostaną przypisane etykiety materiałów, z których są wykonane oraz parametry siatki jaka ma zostać wygenerowana w tych warstwach, a także parametry określające ich ważność. Etykiety materiałów przypisywane są do komórek, dlatego też należy ustawić tryb zaznaczania komórek: z menu górnego wybrać: Picking Pick Cells tryb wyboru komórek (Cells) oraz: Picking Pick Entity tryb zaznaczania lub z pasków narzędziowych ikony: i Zaznaczyć warstwę izolacyjną 1 i wybrać z menu górnego: Properties Cell properties lub nacisnąć prawy przycisk myszy i z menu podręcznego wybrać: Cell properties Rys. 3-8
Rys. 3-8 Okno menu podręcznego przy zaznaczonej komórce. Dla komórki warstwy 2: Dla komórki warstwy 3:
Dla komórki warstwy 4: Tab. 3-2 Zestawienie etykiet materiałów i kolorów dla poszczególnych warstw. Warstwa Etykieta materiału Kolor 1 Silikon 2 Azotek krzemu 3 Dwutlenek krzemu 4 Polisilikon Uwaga: Dla poszczególnych etykiet mogą zostać wygenerowane inne kolory niż te przedstawione w Tab. 3-2.
3.2.2. Tworzenie stojana mikrosilnika Drugim etapem tworzenia modelu mikrosilnika jest narysowanie stojana. Na stojanie modelowanego mikrosilnika umieszczone są elektrody. Zostaną narysowane dwa prostokąty o wymiarach przedstawionych na Rys. 3-7, a następnie zostaną one wyciągnięte po łuku o kąt 21. Tak utworzona jedna elektroda zostanie skopiowana. Prostokąty tworzące elektrodę mają parametry przedstawione w Tab. 3-3. Tab. 3-3 Parametry prostokątów tworzących elektrodę. Name First corner stojan1 x=73 y=13 z=0 stojan2 x=53 y=15 z=0 Opposite corner x=100 y=15 z=0 x=88 y=17 z=0 Tworzenie pierwszego prostokąta: z menu górnego wybrać: Create Object Block, lub z pasków narzędziowych ikonę: A następnie wypełnić okno dialogowe: Zaznaczyć utworzony prostokąt, a następnie wyciągnąć go z obrotem o kąt 21 : z menu górnego wybrać: Picking Pick Faces Picking Pick Entity lub z pasków narzędziowych ikony: i Zaznaczyć prostokąt i z menu górnego wybrać: Operations Sweep Face... (lub z menu podręcznego) i wypełnić okno dialogowe:
W analogiczny sposób narysować drugą część elektrody. Utworzonym komórkom przypisać etykiety materiałów (zgodnie z Rys. 3-5), parametry siatki analogicznie jak dla poprzednich warstw.
Zsumować bryły tworzące elektrodę bez podziału na komórki: z menu górnego wybrać: Picking Pick Bodies Picking Pick Entity lub z pasków narzędziowych ikony: i Zaznaczyć obie części elektrody, z menu górnego wybrać: Operations Combine Bodies Union, without regularization. Skopiować elektrodę tak aby na stojanie było 12 elektrod: z menu górnego wybrać: Picking Pick Bodies Picking Pick Entity lub z pasków narzędziowych ikony: i Zaznaczyć elektrodę, z menu górnego wybrać: Operations Copy... (lub z menu podręcznego) i wypełnić okno dialogowe.
3.2.3. Tworzenie łożyska wirnika Łożysko składa się z 3 brył: 2 pierścienie i 1 walec. Bryły te mają parametry (Tab. 3-4) wynikające z wymiarów przedstawionych na Rys. 3-6. Tab. 3-4 Parametry brył tworzących łożysko. Name Centre of base Centre of top lozysko1 x=0 x=0 y=13.5 y=15.5 z=0 z=0 lozysko2 x=0 x=0 y=15.5 y=17 z=0 z=0 lozysko3 x=0 x=0 y=17 y=18.5 z=0 z=0 Radius 13 Thickness - 13 5.5 19.5 12 Przy pomocy polecenia Cylinder narysować 3 bryły tworzące łożysko.
Komórkom tworzącym łożysko przypisać etykiety materiału, zgodnie z Rys. 3-5, oraz parametry siatki.
3.2.4. Tworzenie wirnika Wirnik składa się z pierścienia i 8 wycinków koła tworzących zęby. Pierścień i pojedynczy ząb wirnika mają parametry jak Tab. 3-5. Tab. 3-5 Parametry pierścienia i zęba wirnika. Name Centre of base Centre of top wirnik1 x=0 x=0 y=15 y=16.5 z=0 z=0 Name First corner wirnik2 x=25 y=15 z=0 Radius 50 Thickness 35.5 Opposite corner x=50 y=16.5 z=0 Pierścień tworzący bryłę wirnik1 narysować przy pomocy polecenia Cylinder, natomiast przy pomocy polecenia Block narysować prostokąt i wyciągnąć go z obrotem o kąt 21 tworząc w ten sposób jeden z zębów wirnika. Pozostałe zęby utworzyć jako kopie. Utworzonym komórkom nadać odpowiednie etykiety materiału i ustawić parametry siatki.
Zsumować bryły tworzące wirnik bez podziału na komórki: z menu górnego wybrać: Picking Pick Bodies Picking Pick Entity lub z pasków narzędziowych ikony: i Zaznaczyć bryły tworzące wirnik, z menu górnego wybrać: Operations Combine Bodies Union, without regularisation.
3.2.5. Tworzenie tła Tło obszar powietrza wokół modelu silnika zostanie utworzone jako 2 walce. Parametry obu walców są przedstawione w Tab. 3-6. Tab. 3-6 Parametry walców tworzących tło. Name Centre of base tlo1 x=0 y=-10 z=0 tlo2 x=0 y=-50 z=0 Centre of top x=0 y=50 z=0 x=0 y=200 z=0 Narysować oba walce i ustawić w komórkach parametry siatki. Radius 110 200
3.2.6. Parametry materiałowe Z Rys. 3-5 wynika, że w modelowanym mikrosilniku krzemowym można wyróżnić 4 rodzaje materiałów oraz powietrze. Z punktu widzenia analizy elektrostatycznej istotną cechą tych materiałów jest przenikalność dielektryczna względna. Przy założeniu liniowości tych materiałów przenikalność dielektryczna jest jak w Tab. 3-7. Tab. 3-7 Przenikalność dielektryczna materiałów mikrosilnika krzemowego. Materiał Przenikalność dielektryczna względna Silikon 11.7 Polisilikon 1e-3 Azotan krzemu 6 Dwutlenek krzemu 3.9 Parametry materiałowe zostaną przypisane do etykiet materiałów zdefiniowanych w poprzednich krokach. Pierwszym krokiem jest wybór odpowiedniego solvera w tym przypadku musi to być solver obliczający pole elektrostatyczne. W pakiecie OPERA 3D jest nim program TOSCA Electrostatic. Z menu górnego wybrać: Model Analysis Type TOSCA Electrostatic Następnie przypisać do etykiet materiałów odpowiednie wartości przenikalności dielektrycznej względnej parametr Relative permitivity.
Z menu górnego wybrać: Model Set Material Properties... a następnie z listy materiałów wybrać etykietę Azotek krzemu i w polu Relative permitivity wpisać 6 i nacisnąć Apply Rys. 3-9. Rys. 3-9 Okno dialogowe do definiowania parametrów materiałów. W analogiczny sposób zdefiniować parametry pozostałych materiałów. 3.2.7. Definiowanie warunków brzegowych Warunki brzegowe zostaną ustawione na zewnętrznych powierzchniach obszaru tlo2. Z menu górnego wybrać: Picking Pick Faces Picking Pick Entity lub z pasków narzędziowych ikony: i i zaznaczyć zewnętrzne powierzchnie walca tworzącego komórkę tlo2. Z menu górnego wybrać: Properties Face Properties... i uzupełnić okno dialogowe.
Dla etykiety warunek brzegowy zdefiniować odpowiedni warunek brzegowy. Z menu górnego wybrać: Model Set Boundary Conditions... Z listy etykiet wybrać etykietę warunek brzegowy, a następnie z dostępnych warunków brzegowych wybrać warunek Tangential electric, a następnie wcisnąć przycisk Apply i OK Rys. 3-10. Rys. 3-10 Okno dialogowe do definiowania warunków brzegowych.
3.2.8. Ustawianie potencjałów Ponieważ mikrosilnik jest przykryty tłem, pierwszym krokiem jest wyłączenie tego elementu modelu. Z menu górnego wybrać: View Selection... Volume Label lub z paska narzędziowego wybrać ikonę: z listy etykiet odnaleźć tlo2, zaznaczyć i nacisnąć przycisk Hide. W podobny sposób ukryć tlo1. Ukryć wszystkie komórki poza elektrodami stojana (z klawiszem Shift i Ctrl można zaznaczyć z listy więcej niż jedną etykietę).
Zaznaczyć wszystkie powierzchnie elektrod stojana poza jedną parą elektrod i we właściwościach powierzchni zdefiniować parametr Boundary condition label, a następnie powtórzyć czynności dla niezaznaczonej pary elektrod: Ukryć stojan oraz wyświetlić wirnik. Dla powierzchni wirnika ustawić parametr Boundary condition label.
Dla etykiet V=0 i V przypisać wartości potencjałów. Z menu górnego: Model Set Boundary Conditions... Z listy etykiet wybrać etykietę V, a następnie z dostępnych warunków brzegowych wybrać warunek Voltage i w polu Functional voltage wpisać wartość 50, a następnie wcisnąć przycisk Apply Rys. 3-11. Rys. 3-11 Okno dialogowe do definiowania warunków brzegowych. W analogiczny sposób dla etykiety V=0 wprowadzić wartość potencjału 0.
3.3. Generowanie siatki elementów skończonych Generowanie siatki elementów skończonych odbywa się w trzech etapach: 1. Tworzenie bryły modelu: Z menu górnego wybrać: Model Create Model Body 2. Generowanie siatki powierzchniowej. Z menu górnego wybrać: Model Generate Surface Mesh... i w oknie dialogowym wpisać wartości jak na Rys. 3-12 i nacisnąć przycisk OK. Rys. 3-12 Okno dialogowe do definiowania globalnych parametrów siatki elementów skończonych. 3. Generowanie siatki objętościowej. Z menu górnego wybrać: Model Generate Volume Mesh... i w oknie dialogowym wpisać wartości jak na rys. 12. Rys. 3-13 Okno dialogowe do definiowania parametru objętościowej siatki elementów skończonych. Wygenerowana siatka elementów skończonych przedstawiona jest na Rys. 3-13.
Rys. 3-14 Siatka elementów skończonych. 3.4. Przygotowanie i uruchomienie obliczeń Przygotowanie bazy do obliczeń: z menu górnego wybrać Model Create Analysis Database... a następnie wypełnić okno dialogowe jak na Rys. 3-15 i nacisnąć przycisk OK. Rys. 3-15 Okno dialogowe ustawień analizy. Plik obliczeniowy zostanie utworzony w domyślnym katalogu roboczym z nazwą przypadek01.op3. Po zakończeniu tworzenia pliku obliczeniowego pojawi się okno z informacjami o utworzonej bazie obliczeniowej Rys. 3-16.
Rys. 3-16 Informacje o utworzonym pliku obliczeniowym. Aby uruchomić obliczenia należy z menu górnego wybrać: Model Start Analysis... a następnie wskazać plik obliczeniowy. Po zakończeniu obliczeń nacisnąć przycisk Close Window w oknie solvera Rys. 3-17. Rys. 3-17 Okno solvera TOSCA Electrostatic.
3.5. Analiza wyników w programie Post-Processor Wizualizację wyników obliczeń oraz dodatkowe obliczenia można wykonać w programie Post-Processor. Uruchomienie postprocesora możliwe jest z poziomu programu Modeller oraz z poziomu Menadżera pakietu OPERA. W programie Modeller Post-Processor uruchamiany jest następująco: z menu górnego wybrać Model Launch Post-Processor Po uruchomieniu postprocesora zostanie wczytany ostatnio po uruchomieniu z poziomu Modellera przedstawiono na Rys. 3-18. policzony plik. Rys. 3-18 Okno programu Post-Processor. Wyświetlić: Rozkład potencjału, Rozkład modułu natężenia pola, Wyświetlanie rozkładu potencjału: z menu górnego wybrać View 3D Display... lub z paska narzędziowego wybrać ikonę a następnie wprowadzić ustawienia w oknie dialogowym. Dla poprawienia czytelności rysunku można wyłączyć krawędzie i siatkę: z menu górnego wybrać View Parts of the Display Outline View of Model Okno programu
lub z paska narzędziowego wybrać ikonę. W podobny sposób można wyświetlić rozkład modułu natężenia pola elektrostatycznego. Oba rozkłady można także wyświetlić w postaci histogramów. Z menu górnego wybrać: Fields Fields on a Polar Patch... lub z paska narzędziowego wybrać ikonę. Wypełnić okno dialogowe jak na rys. 18a, nacisnąć przycisk Set field point local coordinate system i w kolejnym oknie dialogowym wybrać ustawienie LocalXYZ=GlobalZXY Rys. 3-19b. Nacisnąć przycisk OK, a w oknie z Rys. 3-19a przycisk Evaluate and Map.
a) b) Rys. 3-19 Okno dialogowe polecenia Field on a Polar Patch. Z menu górnego wybrać: Fields Contour or Vector Map... lub z paska narzędziowego wybrać ikonę. Zaznaczyć opcję Histogram i nacisnąć OK. Aby wyświetlić histogram potencjału należy: Z menu górnego wybrać: Fields Contour or Vector Map... lub z paska narzędziowego wybrać ikonę.
W polu Component wpisać V i nacisnąć OK.