Ansys压电分析

1、ansys压电分析压电效应分析是一种结构一电场耦合分析。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SO

2、LID5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ANSYSCommandsReference»对这些命令的更多信息，参见ANSYSStructuralAnalysisGuide»及ANSYS,Inc.TheoryReference

3、»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ANSYSStructuralAnalysisGuide»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

4、波、预应力谐波和瞬态分析，应注意下列要点：?对模态分析，建议使用分块Lanczos求解器(缺省)求解?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，或雅可比共轲梯度(JCG)求解器。?对瞬态分析，TINTP命令(MainMenu>Preprocessor>-Loads->Time/Frequenc>TimeIntegration)指定ALPHA=0.25,DELTA=0.5,THETA=0.5?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

5、。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（MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>RelativePermittivity>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冷（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£11,22,33。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

6、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。注意一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eo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6X3（二维模型为4X2）的矩阵联系电场与应力（e矩阵）或应变（d矩阵）。e矩阵和

7、d矩阵使用下列数据表输入：52必3e21e223e31e32期e41e42e43密密e53阿e623(3-D)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ANSYSCommandsReference通过GUI定义压电矩阵：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Piezoelectrics>Piezoelectricmatrix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/IEEEStd176-1987）按照x,y,z,yz,xz

8、,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。?将IEEE常数e61,e62,e63输入为ANSYS的xy行?将IEEE常数e41,e42,e43输入为ANSYS的yz行?将IEEE常数e51,e52,e53输入为ANSYS的xz行XyANSYSFei=7xyz研1%e13e21e22e23e31e32e33应以xze61e62e63$4142e43%殁%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ANSYSComma

9、ndsReference。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XyANSYSclE-zxyxz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ANSYSCommandsReference&