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Ansys压电参数设置及案例分析附加命令流.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.17M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    ANSYS 软件分析压电换能器 ***：分析过程基本步骤 一：问题 1：画出换能器几何模型，包括尺寸 2：选定材料 3：查材料手册确定材料参数 二：建立模型 1：根据对称性确定待建模型的维数 2：根据画出的几何模型确定关键点坐标，给关键点编好号码 3：建立一个文件夹用于当前分析 4：启动 ANSYS 软件，指定路径到建立的文件夹， 5：定义单元类型 压电换能器分析使用的单元类型： solid5：8 个节点 3D 六面体耦合场单元（也可缩减为三角柱形单元或四面体单元）。无实常数。 plane13：4 个节点 2D 四边形耦合场单元（也可缩减为三角形单元）。无实常数。 solid98：10 个节点 3D 四面体耦合场单元。无实常数。 Fluid30：8 个节点 3D 六面体声学流体单元（也可缩减为三角柱形单元或四面体单元）。应用于近场水和远 场水。实常数为参考声压，可缺省。 Fluid130：4 个节点面无穷吸收水声学流体单元（也可缩减为三角形面单元）。实常数：半径，球心 X，Y， Z 坐标值。 6：定义材料参数 对一般均匀各向同性材料要给出材料密度，杨氏模量，泊松系数。（静态分析不用密度） 对压电材料： 一般使用的压电方程：e 型压电方程，因此输入的常数为 注意！一般顺序为：XX，YY，ZZ，YZ，XZ，XY。在 ANSYS 中为 XX，YY，ZZ，XY，YZ，XZ。 因此，前两矩后三行和后三列要做相应变化。 7：建立关键点；把关键点连成线；把线段围成面；通过适当的方法生成体 8：指定单元类型和材料参数 9：划分线段；划分体单元 三：加载约束条件 1：加载边界约束条件 2：电极上加电压 四：求解 1：模态分析 2：谐响应分析 五：查看结果 1：查看模态分析结果，计算导纳。 EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEcccccccccccccccccccccC665655464544363534332625242322161514131211对称636261535251434241333231232221131211eeeeeeeeeeeeeeeeeeeSSSS332211
    2：各模态的动态演示 3：查看谐响应分析结果，计算导纳、发射与接收响应。 六：生成命令流文件 ***：空气中建模过程 一：问题描述 弯曲式换能器实体模型为轴对称结构。结构尺寸如图所示。弯曲式换能器由压电陶瓷，‘金属壳’粘结而成，粘 结材料为环氧树脂。由于粘结层为一薄层，建模的时候可以忽略。本例中‘金属壳’材料采用铝，压电材料选 择压电陶瓷 PZT5。 对应值 结构参 10mm 17mm 数 20mm 10mm 0.5mm 0.5mm 3mm 二：建立模型 1．指定工作空间，设定分析作业名和标题 （1）首先建立一个文件夹用于当前分析，路径当中不允许有中文出现。 （2）启动 ANSYS 软件，界面如下图，界面包括实用菜单，命令输入窗口，ANSYS 工具栏，主菜单栏，图形窗口， 图形调整工具栏，标准工具栏。 （3）指定工作空间：实用菜单－》File－》Change Directory… ,出现对话框，选择刚才建立的目录 D:\ANSYSfiles，以后操作生成的文件都在此文件夹下。 （4）设定标题：实用菜单－》File－》Change Title…，出现对话框，输入‘daocheqi Analysis ’作为标 题。点击 ok。 （5）保存 db（数据库文件）文件：File－》Save as ,出现对话框，保存文件名为 title.db。 1r2r3rhjtytdt
    （6）定义单位：在 ANSYS 主界面输入窗口输入“/UNITS，Label”其中，Label 指定单位制标签有： USER：用户自定义单位系统。 SI：国际单位，即 MKS 单位。 CGS：CGS 单位系统，即 cm,g,s 等。 MPA：MPA 单位系统，即 mm,Kg,s 等。 BFT：用英尺的单位系统，即 ft,slug,s 等。 BIN：用英寸的单位系统，即 in,lbm,s 等。 一般采用国际单位：即 然后按 Enter 即可。 2．定义单元类型 金属壳采用 Solid45 单元，压电陶瓷采用 Solid5 单元。Solid45 为结构单元里面的三维块模型单元。 Solid5 为三维耦合场单元，因为压电陶瓷涉及到电－力耦合问题，因此采用此单元类型。 (1） 主菜单栏－》Preprocessor－》Element Type－》Add/Edit/Delete , 出现对话框，点击 Add…键， 出现对话框，点击框图左边 Solid, 选择右边框图中 Brick 8node 45，点击 Apply 键，选定了一种 Solid45 单 元。继续点击框图左边 Coupled Field, 选择右边框图中 Scalar Brick 5，选定了 Solid5 单元，点击 ok 键。
    从对话框中可以看出我们已经定义了 solid45 和 solid5 两种单元类型。点击 close 键关闭窗口。 （2）保存文件：File-Save as ,出现对话框，保存文件名为 element.db 3．定义材料参数 查阅材料手册我们可以得到如下材料参数。 铝材料参数： 密度 ，杨氏模量 ，泊松比 。 压电陶瓷 PZT5 的材料参数：（ANSYS 输入参数） 密度 刚度矩阵（也可输入柔顺矩阵） 压电应力常数矩阵 介电常数矩阵 也可输入绝对值 （1） 输入黄铜材料参数：主菜单栏－》Preprocessor->>Material Props－》Material Models , 出现对话框，点击左边 Material Model Number 1 ,点击右边 Favorites－》Linear Static—》Density， 出现密度对话框，输入密度 2790，点击 ok。 3/2790mkg210/1015.7mNE34.037750/kgm210/1011.200000011.200000026.20000001.1152.752.700052.71.1254.700052.754.71.12mNCE2/0008.154.54.503.1200003.1200000mce830916916SmFmFS/10735.0000811.0000811.0/10854.8830000916000916812
    同样继续点击 Linear Isotropic （线性各项同性）输入泊松比和杨氏模量。输入 7.15e10 和 0.34，点击 ok。 （2）输入 PZT5 材料参数：定义完一种材料参数之后要定义第二中材料，选择对话框‘Define Material Model Behavior’ 的菜单 Material－》New Model…，出现对话框，材料添 2（默认值也是 2），点击 ok。 定义第二中材料，首先定义 PZT5 的密度。如图点击左边 Material Model Number 2 ,点击右边 Structural—》 Density，输入 7750，点击 ok。 定义刚度矩阵，点击右边 Structural—》Linear－》Elastic－》Anisotropic,输入参数 D11=12.1e10， D12=7.54e10，D13=7.52e10，D22=12.1e10，D23=7.52e10，D33=11.1e10，D44=2.26e10，D55=2.11e10，D66=2.11e10 定义介电常数矩阵，点击右边 Electromagnetics—》Relative Permittivity－》Orthotropic,输入参数
    PERX=8.11e-9 ,PERY=8.11e-9 ,PZRZ=7.35e-9 定义压电矩阵：点击右边 Piezoelectrics—》Piezoelectric matrix,输入如下图 （3）保存文件 matiral.db。 4．建立关键点 （1）首先在草稿纸上画出几何模型，指定好关键点的编号以及结构尺寸。 主菜单栏－》Preprocessor－》Modeling －》Create－》Keypoints－》In Actice CS，出现对话框如下图， 根据指定好的编号即结构尺寸输入坐标。（注意，由于最后要转换到柱坐标系下分析，所以 y 即为旋转方向），输入 坐标为：1 (0, 0, 0) 2 (0, 0, 0.5e-3) 3 (0, 0, 1.0e-3) 4 (10e-3, 0,0) 5 (10e-3, 0, 0.5e-3) 6 (10e-3, 0, 1.0e-3) 7 (17e-3, 0, 0) 8 (17e-3, 0, 0.5e-3,) 9 (20e-3, 0, 0) 10 (20e-3, 0, 0.5e-3) 11 (20e-3, 0, 10.5e-3) 12 (20e-3, 0, 13.5e-3) 13 (17e-3, 0, 10.5e-3) 14 (17e-3, 0, 13.5e-3) 15 (0, 0, 10.5e-3) 16 (0, 0, 13.5e-3) 输入完之后我们可以看到图形窗口中我们所定义的关键点
    （2）保存文件：keypoints.db 5. 把关键点连成线 主菜单栏－》Preprocessor－》Modeling －》Create－》lines－》Straight Line 通过鼠标选取两个关键点就可以生成一条线，如此操作，把所有的线都连好，点击 ok。 保存文件：line.db 6.把线段围成面 主菜单栏－》Preprocessor－》Modeling －》Create－》Areas－》By Lines
    通过鼠标顺时针（逆时针）方向选择线段围成一个面积，如此操作，把所有的线都围成面。 保存文件：area.db 7. 旋转生成体积，并粘接 （1）主菜单栏－》Preprocessor－》Modeling －》Operate－》Extrude－》Areas－》About Axis, 出现一个对话框，点击 Pick All , 表示全部面都要旋转。之后又出现对话框，要求选择旋转轴，通过鼠标选 择 Z 轴上的两个点，比如第 1，3 两个点，点击 ok，出现对话框，要求说明旋转的度数，这里选择 30 度模型， 输入 30。点击 ok，。
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