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Ansys压电分析.doc

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ansys压电分析 压电效应分析是一种结构-电场耦合分析。当给石英和陶瓷等压电材料加电压时,它们会产生位移,反之若使之振动,则会产生电压。压力传感器就是压电效应的一种典型的应用。压电分析(ANSYS/Multiphysics或ANSYS /Mechanical软件包提供这种分析)类型可以是静力、模态、预应力模态、谐波、预应力谐波和瞬态分析。压电分析只能用下列单元类型之一:PLANE13, KEYOPT(1)=7,耦合场四边形实体单元SOLID5, KEYOPT(1)=0或3,耦合场六面体单元SOLID98, KEYOPT(1)=0或3,耦合场四面体单元KEYOPT选项激活压电自由度:位移和电压。对于SOLID5和SOLID98,KEYOPT(1)=3仅激活压电选项。注意:如果模型中激活了至少一个带有压电自由度(位移和VOLT)的单元,则需要用到VOLT自由度的所有单元必须是上面三种压电单元其中之一。而且,所有的这些单元均需激活压电自由度。如果不希望在这些单元中存在压电效应,则需给材料定义非常小的压电特性。压电KEYOPT用NLGEOM,SSTIF,PSTRES命令可用大挠度和应力刚化作用(参见《ANSYS Commands Reference》对这些命令的更多信息,参见《ANSYS Structural Analysis Guide》及《ANSYS,Inc. Theory Reference》的第三章关于大挠度及应力刚化功能的更多信息)。对PLANE13,通过设置KEYOPT(1)=7可用大挠度及应力刚化功能。对SOLID5及SOLID98通过设置KEYOPT(1)=3可用大挠度及应力刚化功能。而且小挠度及应力刚化选项可以通过KEYOPT(1)=0使用。注意-对压电分析不能使用自动求解控制。SOLCONTROL缺省设置只能对纯结构或纯热分析使用。对大挠度压电分析,必须用非线性求解命令定义有关设置。关于这些命令的更多内容参见《ANSYS Structural Analysis Guide》的8.4节。3.1.2.1注意要点分析可以是静力、模态、预应力模态、谐波、预应力谐波和瞬态分析,应注意下列要点:Ÿ对模态分析,建议使用分块Lanczos求解器(缺省)求解Ÿ对静力分析、全谐波分析和全瞬态分析,可选用稀疏矩阵(SPARSE) 求解器,或雅可比共轭梯度(JCG)求解器。Ÿ对瞬态分析,TINTP命令(Main Menu>Preprocessor>-Loads-> Time/Frequenc>Time Integration)指定ALPHA = 0.25,DELTA = 0.5,THETA=0.5Ÿ预应力谐波分析只能用小挠度分析。3.1.2.2介电系数、压电矩阵和弹性系数矩阵压电模型需要的材料特性有介电常数(或叫电容率)、压电矩阵和弹性系数矩阵。下面还要对此说明。3.1.2.3 介电系数矩阵(介电常数)用MP命令(Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics> Relative Permittivity>Orthotropic)说明PERX、PERY和PERZ。(参见EMUNIT命令关于自由空间介电常数的说明)。这些常数分别表示的是介电系数矩阵 [ε]s(上标“s”表示常数值是用常值应变值计算得到的)的对角分量ε11,ε22,ε33。3.1.2.4 压电矩阵可以定义[e]型(压电应力矩阵)或[d]型(压电应变矩阵)的压电矩阵。[e]型矩阵典型地与刚度矩阵[c]的各向异性弹性输入有关,而[d]矩阵与柔度矩阵[s]的输入相关。注意-ANSYS将会在首先定义温度的弹性矩阵将压电应变矩阵[d]转变为压电应力矩阵[e]。用TB,ANEL命令(不是MP命令)定义转换的弹性矩阵。介电常数必须按常应变输入。无论定义[e]型(压电应力矩阵)或[d]型(压电应变矩阵)的压电矩阵都要求常应变值。如果介电常数是在常应力处,必须将其转变为常应变的值。用TBLIST,PIEZ命令显示转变的数据。注意常应力和常应变对应介电常数的不同。要获得常应变值,从常应力值减去差值。这个63(二维模型为42)的矩阵联系电场与应力([e]矩阵)或应变([d]矩阵)。[e]矩阵和[d]矩阵使用下列数据表输入:用TB,PIEZ和TBDATA命令定义[e]矩阵,要了解用于定义压电矩阵;这些常数的输入顺序请参见《ANSYS Commands Reference》。通过GUI定义压电矩阵:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Piezoelectrics>Piezoelectric matrix大多数已公布的压电材料的[e]矩阵数据都是基于IEEE标准(参见ANSI/IEEE Std 176-1987)按照x,y,z,yz,xz,xy的顺序,而ANSYS的输入数据是按照x,y,z,xy,yz,xz的顺序。也就是说,输入该参数时必须通过改变剪切项的行数据以转换到ANSYS数据格式。Ÿ将IEEE常数[e61, e62, e63]输入为ANSYS的xy行Ÿ将IEEE常数[e41, e42, e43]输入为ANSYS的yz行Ÿ将IEEE常数[e51, e52, e53]输入为ANSYS的xz行3.1.2.5 弹性系数矩阵 [c] (或 [d])该矩阵为66矩阵(对2-D模型是44矩阵),它说明刚度系数([c]矩阵)或柔度系数([s]矩阵)。注意-本节按IEEE标准表示弹性系数矩阵[c]。这个矩阵在ANSYS帮助中的其他部分也指[D]矩阵。弹性系数矩阵用下列数据表输入:使用TB,ANEL 和TBDATA命令确定系数矩阵([c](或[s]取决于TBOPT的设定);要了解一些常数的输入顺序请参见《ANSYS Commands Reference》。和上面介绍的压电矩阵的情况类似,已公布的大多数压电材料的[c]矩阵的参数顺序和ANSYS不同,需要将IEEE矩阵转换成ANSYS输入顺序,按下面交换剪切项行和列的顺序:将IEEE项[c61, c62, c63, c66]输入为ANSYS的xy行将IEEE项[c41, c42, c43, c46, c44]输入为ANSYS的yz行将IEEE项[c51, c52, c53, c56, c54, c55]输入为ANSYS的xz行输入[c]矩阵的另一种方法是定义杨氏模量(用MP,EX命令)和泊松比(用MP,NUXY命令)和/或剪切模量(用MP,GXY命令),(参见《ANSYS Commands Reference》MP命令更多的信息)。通过GUI定义:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Structural >Linear> Elastic> Orthotropichttp://pera.e-works.net.cn/document/200711/article2668_1.htm
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