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ANSYS压电分析

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、SSTI F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SOL ID5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 ELECTRODECP=ABS(QT) ! CAPACITANCE CP=Q/V, WHERE V=1VEPZ0=8.854E-12 ! FREE SPACE PERMITTIVITYPI=3.1415 ! PI CONSTANTC=EP33*EPZ0*PI*A**2/T ! ANALYTICAL CAPACITANCE/COM, 2-D CAPACITANCE (ANALYTICAL) =%C%, F/COM, 2-D CAPACITANCE (ANSYS) = %CP%, FFINI/COM, ---------------------------------------------------------------/COM, FINITE ELEMENT MODEL OF RLC-CIRCUIT/COM, ---------------------------------------------------------------/PREP7DDELE,NTOP,VOLT ! DELETE VOLTAGE LOAD ON TOP ELECTRODEET,2,CIRCU94,0 ! DEFINE A RESISTORR=3000 ! RESISTANCE, OHMR,1,RN,1TYPE,2REAL,1E,1,NTOPET,3,CIRCU94,1 ! DEFINE AN INDUCTORL=15 ! INDUCTANCE, HR,2,LN,2TYPE,3REAL,2E,2,1ET,4,CIRCU94,4 ! DEFINE A VOLTAGE SOURCEV=1 ! VOLTAGE LOAD, VR,3,VN,3TYPE,4REAL,3E,2,NBOT,3FINI/SOLUANTYPE,TRANS ! TRANSIENT ANALYSISNSUB,100 ! NUMBER OF TIME STEPSTIME,2E-3 ! ANAL YSIS TIME, STINTP,,0.25,0.5,0.5 ! INTEGRATION PARAMETERS FOR A PIEZOELECTRIC ANALYSIS OUTRES,ALL,ALLSOLVEFINI/GOPR/COM, ANAL YTICAL 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/POST26NUMV AR,20NSOL,2,NTOP,VOLT,,V_C_ANSYS! DERIVE EXACT SOLUTION*DIM,WORK1,ARRAY,100*DIM,WORK2,ARRAY,100FILLDATA,3,,,,1 ! 1EXP,4,1,,,,,,-D,-1 ! -EXP(-D*T)PROD,5,1,,,,,,B ! B*TVGET,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 CAPACITORPRV AR,2,10PLV AR,2,10/NOPR*DIM,VCE,ARRAY,5 ! EXACT SOLUTION FOR RESULTS TABLE*DIM,VCA,ARRAY,5 ! ANSYS SOLUTION FOR RESULTS TABLE*GET,VCE(1),V ARI,10,RTIME,0.18E-3*GET,VCE(2),V ARI,10,RTIME,0.40E-3*GET,VCE(3),V ARI,10,RTIME,0.88E-3*GET,VCE(4),V ARI,10,RTIME,0.13E-2*GET,VCE(5),V ARI,10,RTIME,0.186E-2*GET,VCA(1),V ARI,2,RTIME,0.18E-3*GET,VCA(2),V ARI,2,RTIME,0.40E-3*GET,VCA(3),V ARI,2,RTIME,0.88E-3*GET,VCA(4),V ARI,2,RTIME,0.13E-2*GET,VCA(5),V ARI,2,RTIME,0.186E-2*DIM,LABEL,CHAR,5*DIM,V ALUE,,5,3LABEL(1) = '1.8E-2s','4.0E-2s','8.8E-2s','1.3E-1s','1.86E-1s'*VFILL,V ALUE(1,1),DATA,VCE(1),VCE(2),VCE(3),VCE(4),VCE(5)*VFILL,V ALUE(1,2),DATA,VCA(1),VCA(2),VCA(3),VCA(4),VCA(5)*VFILL,V ALUE(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),V ALUE(1,1),V ALUE(1,2),V ALUE(1,3)(1X,A8,' ',F12.4,' ',F12.4,' ',1F5.3)/COM,----------------------------------------------------------------/OUTFINI。

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