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Ansys压电参数设置及案例分析附加命令流.pdf

Ansys压电材料参数设置及案例分析附加命令流,对ansys进行压电材料的分析中的参数设置进行分析,将压电分析的案例进行详细的GUI操作截图说明,并且附加命令流!
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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
E
EE
EEE
EEEE
EEEEE
EEEEEE
E
c
cc
ccc
cccc
ccccc
cccccc
C
66
5655
464544
36353433
2625242322
161514131211
对称
636261
535251
434241
333231
232221
131211
eee
eee
eee
eee
eee
eee
e
S
S
S
S
33
22
11
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。

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。
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。
结构参
数
1
r
2
r
3
r
h
j
t
y
t
d
t
对应值
10mm
17mm
20mm
10mm
0.5mm
0.5mm
3mm

(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
3
/2790 mkg
,杨氏模量
210
/1015.7 mNE
,泊松比
34.0
。
压电陶瓷 PZT5 的材料参数:(ANSYS 输入参数)
密度
3
7750 /kg m
刚度矩阵(也可输入柔顺矩阵)
210
/10
11.200000
011.20000
0026.2000
0001.1152.752.7
00052.71.1254.7
00052.754.71.12
mNC
E
压电应力常数矩阵
2
/
0008.154.54.5
03.120000
3.1200000
mce
介电常数矩阵
830
916
916
S
也可输入绝对值
mFmF
S
/10
735.000
0811.00
00811.0
/10854.8
83000
09160
00916
812
(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。

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
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