发布时间 : 星期六 文章ANSYS压电分析更新完毕开始阅读6e17026825c52cc58bd6be69
压电分析是一种结构—电场耦合分析，压电效应是石英和陶瓷等压电材料的自然属性。给压电材料加电压会产生位移，反之使压电材料振动则产生电压。一个典型的压电分析的应用是压力换能器。ANSYS压电分析类型（仅在ANSYS Multiphysics或ANSYS Mechanical产品中）有静态、模态、预应力模态、谐响应、预应力谐响应和瞬态分析。 压电分析需要用下列单元类型之一：
PLANE13，KEYOPT（1）=7，耦合场四边形单元； 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； PLANE223，KEYOPT（1）=1001，耦合场8节点四边形单元； SOLID226，KEYOPT（1）=1001，耦合场20节点六面体单元； SOLID227，KEYOPT（1）=1001，耦合场10节点四面体单元；
KEYOPT选项激活压电自由度、位移和电压。对于SOLID5和SOLID98，设置KEYOPT（1）=3激活压电仅有选项。通过使用NLGEOM、SSTIF和PSTRES命令，KEYOPT选项可用于大变形和大应变的影响。对于PLANE13单元，大变形和大应变在KEYOPT（1）=7时有效。对于SOLID5和SOLID98单元，大变形和大应变在KEYOPT（1）=3时有效，小变形和小应变在KEYOPT（1）=0时有效。自动求解控制对于压电分析是无效的，SOLCONTROL缺省设置仅对纯结构或纯热分析是有效的。对于大变形压电分析，必须使用非线性求解命令指定设置。 1. 注意要点
分析可以是静态、模态、预应力模态、谐响应、预应力谐响应和瞬态分析。应注意以下要点： （1）对于模态分析，推荐使用Block Lanczos法（缺省）求解。
（2）对静态、全谐响应或全瞬态分析，选用稀疏矩阵（SPARSE）求解器或Jacobi共轭梯度（JCG）求解器。对静态和全瞬态分析SPARSE法是缺省求解器。
（3）对瞬态分析，用TINTP命令指定ALPHA=0.25、DELTA=0.5和THETA=0.5。 （4）预应力谐响应分析仅能用于小变形分析。
（5）对PLANE13、SOLID5和SOLID98，VOLT自由度的力标志是AMPS。对PLANE223、SOLID226和SOLID227，VOLT自由度的力标志是CHRG，在F、CNVTOL、RFORCE等命令中使用这些标志。 （6）对压电电路分析，使用CIRCU94单元
（7）使用介电损耗正切属性模拟介电损耗仅对PLANE223、SOLID226和SOLID227有效。
/POST1
*GET,QT,NODE,NTOP,RF,CHRG ! GET TOTAL CHARGE ON TOP ELECTRODE CP=ABS(QT) ! CAPACITANCE CP=Q/V, WHERE V=1V EPZ0=8.854E-12 ! FREE SPACE PERMITTIVITY PI=3.1415 ! PI CONSTANT
C=EP33*EPZ0*PI*A**2/T ! ANALYTICAL CAPACITANCE /COM, 2-D CAPACITANCE (ANALYTICAL) =%C%, F /COM, 2-D CAPACITANCE (ANSYS) = %CP%, F FINI
/COM, --------------------------------------------------------------- /COM, FINITE ELEMENT MODEL OF RLC-CIRCUIT /COM, --------------------------------------------------------------- /PREP7
DDELE,NTOP,VOLT ! DELETE VOLTAGE LOAD ON TOP ELECTRODE ET,2,CIRCU94,0 ! DEFINE A RESISTOR R=3000 ! RESISTANCE, OHM R,1,R N,1 TYPE,2 REAL,1 E,1,NTOP
ET,3,CIRCU94,1 ! DEFINE AN INDUCTOR L=15 ! INDUCTANCE, H R,2,L
N,2 TYPE,3 REAL,2 E,2,1
ET,4,CIRCU94,4 ! DEFINE A VOLTAGE SOURCE V=1 ! VOLTAGE LOAD, V R,3,V N,3 TYPE,4 REAL,3 E,2,NBOT,3 FINI /SOLU
ANTYPE,TRANS ! TRANSIENT ANALYSIS NSUB,100 ! NUMBER OF TIME STEPS TIME,2E-3 ! ANALYSIS TIME, S
TINTP,,0.25,0.5,0.5 ! INTEGRATION PARAMETERS FOR A PIEZOELECTRIC ANALYSIS OUTRES,ALL,ALL SOLVE FINI /GOPR
/COM, ANALYTICAL SOLUTION:
/COM, V_C = 1-EXP(-D*T)*COS(B*T)-D/B*EXP(-D*T)*SIN(B*T) /COM, WHERE: D=R/(2*L)
B=SQRT(1/(L*C)-D**2) /NOPR /POST26 NUMVAR,20
NSOL,2,NTOP,VOLT,,V_C_ANSYS ! DERIVE EXACT SOLUTION *DIM,WORK1,ARRAY,100 *DIM,WORK2,ARRAY,100 FILLDATA,3,,,,1 ! 1
EXP,4,1,,,,,,-D,-1 ! -EXP(-D*T) PROD,5,1,,,,,,B ! B*T VGET,WORK1(1),5
*VFUN,WORK2(1),COS,WORK1(1) VPUT,WORK2(1),6 ! COS(B*T) *VFUN,WORK2(1),SIN,WORK1(1) VPUT,WORK2(1),7 ! SIN(B*T)
ADD,8,6,7,,,,,,D/B ! COS(B*T) + D/B*SIN(B*T) PROD,9,4,8 ! -EXP(-D*T)*[COS(B*T) + D/B*SIN(B*T)]
ADD,10,3,9,,V_C_EXACT ! 1-EXP(-D*T)*[COS(B*T) + D/B*SIN(B*T)]
! PRINT AND PLOT ANSYS AND EXACT VOLTAGE ACROSS THE PZT CAPACITOR PRVAR,2,10 PLVAR,2,10 /NOPR
*DIM,VCE,ARRAY,5 ! EXACT SOLUTION FOR RESULTS TABLE *DIM,VCA,ARRAY,5 ! ANSYS SOLUTION FOR RESULTS TABLE
*GET,VCE(1),VARI,10,RTIME,0.18E-3 *GET,VCE(2),VARI,10,RTIME,0.40E-3 *GET,VCE(3),VARI,10,RTIME,0.88E-3 *GET,VCE(4),VARI,10,RTIME,0.13E-2 *GET,VCE(5),VARI,10,RTIME,0.186E-2 *GET,VCA(1),VARI,2,RTIME,0.18E-3 *GET,VCA(2),VARI,2,RTIME,0.40E-3 *GET,VCA(3),VARI,2,RTIME,0.88E-3 *GET,VCA(4),VARI,2,RTIME,0.13E-2 *GET,VCA(5),VARI,2,RTIME,0.186E-2 *DIM,LABEL,CHAR,5 *DIM,VALUE,,5,3
LABEL(1) = '1.8E-2s','4.0E-2s','8.8E-2s','1.3E-1s','1.86E-1s'
*VFILL,VALUE(1,1),DATA,VCE(1),VCE(2),VCE(3),VCE(4),VCE(5) *VFILL,VALUE(1,2),DATA,VCA(1),VCA(2),VCA(3),VCA(4),VCA(5)
*VFILL,VALUE(1,3),DATA,ABS(VCA(1)/VCE(1)),ABS(VCA(2)/VCE(2)),ABS(VCA(3)/VCE(3)), ABS(VCA(4)/VCE(4)),ABS(VCA(5)/VCE(5)) /OUT,vm237,vrt /COM
/COM,------------------- VM237 RESULTS COMPARISON --------------------- /COM,
/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO /COM,
/COM, VC for t @ ... /COM
*VWRITE,LABEL(1),VALUE(1,1),VALUE(1,2),VALUE(1,3) (1X,A8,' ',F12.4,' ',F12.4,' ',1F5.3)
/COM,---------------------------------------------------------------- /OUT FINI