用ANSYS软件分析压电换能器入门

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1、用ANSYS软件分析压电换能器入 门用ANSYS软件分析压电换能器入门A：分析过程基本步骤：问题描述（草稿纸上完成）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。planel3： 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。solid

2、98： 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。Fluidl30： 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，因此输入的常数为城C与痣4 对称注意！ 一般顺序为：XX, YY,ZZ, YZ,XZ,XYo 在 ANSYS 中为 XX, YY, ZZ,

3、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8：把关键点连成线9：把线段口成面10：通过适当的方法生成体11:指定单元类型和材料参数12：划分线段13：划分体单元14：坐标转换，（转换到柱坐标系下）15：节点转换 三：加载约束条件1：加载边界约束条件2：电极上加电压I：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1:给程序分块,添加适当的注释2：把相应参数具体值改成变量，同时给变量 赋值B：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

4、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PZT5o结构 参数r2qhij对应值10mm17mm20mm10mm0. 5m m0. 5m m3mm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，如D:ANSYSfiles ，路径当中不允许有中文出现。(2)启动ANSYS9.0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：实用菜单一Fi

5、le ChangeDirectory，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：实用菜单一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：FileSave as，出现对话框，保存文件名为title. db。(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, z等。MPA

6、： MPA单位系统，即mm, Kg, s一等。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。般采用国际单位：即UJ AHSYS Iu4t iphyxicx Utility lt?nuFile Select Li ut Plot PlotCtrlv VorkPlaaNacre V*rrtiCrl Help用空|回倒亘|囹21|量 /mnrs,si|AtfS/S ToalbrSAvr DB| aEan DB)quiri 呵吧声h因 Pr r(2 Pr oc*orB Solwi i OB日 GOr*1 Pewlpr cB Taa*Mi

7、it Post”。B To”logieBC 31 200610：08：00游但空传一 R九三 09JJ创J(9IlJAIqAI回回伊：； 一Pick。cenu i tw- or *n.tw An AKCTS Cnmd e为IlOI nftt= | We-J I rcAl=l csyK) | secn=l然后按Enter即可。如果不改变单位制，以后默认。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 陶瓷涉及到电一力耦合问题，因此采用此单元类 型。(1)主菜单栏一preproc

8、essorElement Type一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。E Element Types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：FileSave as ,出现对话框, 保存文件名为element, db3 .定义材料

9、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P= 279命/3杨氏模量E = 7.15xlO,o/V/n2 9 泊松比（J = 0.34 o压电陶瓷PZT5的材料参数：（ANSYS输入参数）密度 2= 7750依/ 刚度矩阵（也可输入柔顺矩阵）12.17.547.520007.5412.17.520007.527.5211.10000002.260000002.110000002.11xOu)N/m2CE压电应力常数矩阵12.300d nr00000000012.35.4-5.415.800介电常数矩阵916916830也可输入绝对值9160000916 00830x8.854x

10、l0-|2F/n =0.81 10000.8110000.735xlO-8F/m(1)输入黄铜材料参数：主菜单栏一 Preprocessor-Material Props Material Models ,出现对话框，点击左边 Material Model Number 1，点 击右边 Favorites Linear StaticDensity, 出现密度对话框，输入密度2790,点击ok。同样继续点击Linear Isotropic（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 Materi

11、al 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 StructuralDensity,输入 7750,点击 okoMaterial Models Definedin。Material Modal tichaviorMaterid Model Number 1a如RriW Model Number 2QDensity for Material Number 2Density for MatcrW Number 2T1TomporaturDEMS775a涔

12、 Favyitcs南 Linear Static 冷 Structure _ 阿 Linear Monlregr-e融 rherrnd Expansicnlipa DcmpE$ Frkticn Coefficient扁 Spedalizod Merids Th0m4rtn一EJEJAdd Temperature Delate TemperaturelGraph |CancelHelp定义刚度矩阵，点击右边Structural一 Linear Elastic Anisotropic,输入参数 Dll=12. lelO ， D12=7. 54el0 ， D13=7. 52el0 ，D22=12.l

13、elO , D23=7. 52el0D44=2.26el0, D55=2. llelO,M AllSYS Multiphysks. Utility Manu (Cymbat)白之- 1,Anitotropk Elsttchy for Matcrul Number 2AnMtrcpt bartrty fee r-tstend r4_rbec ZMutfcpc DHic Natfb OiorrsstFrejjfoifn二5 Prfen PteptciBdeft Q Rec Q MatQ Scd (3 Mod 0 Met 3 CW Q Nutt Ard G) Com 田no QfS(! 0MtiN 0 Hod 9 Im G)附 0 Pat 3 SckXw Q Gcner Q TlnwHi 田 TronicIE,D33=ll. lelO , D66=2. llelOF圜叫ANSYS二匚向囱澹 Fa Kortes皎 IhwSt必 Suctufd博 Lnwr畲 imgc电)：rthrcpc匚电加2y曲 mimalEcpnccjJkeba i.100%*) 13:10定义介电常数矩阵，点击右边Elect