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1、精品资料Ansys压电分析.ansys压电分析 压电效应分析是一种结构电场耦合分析。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
2、激活压电自由度：位移和电压。对于SOLID5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ANSYS Commands Reference对这些命令的更多信息，参见ANSYS Structural Analysis Guide及ANSYS，Inc. The
3、ory Reference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ANSYS Structural Analysis Guide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、谐波、预应力谐
4、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，或雅可比共轭梯度（JCG）求解器。对瞬态分析，TINTP命令(Main MenuPreprocessor-Loads- Time/FrequencTime Integration)指定ALPHA = 0.25，DELTA = 0.5，THETA0.5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。下面还要对此说明。3.1.2.3 介电
5、系数矩阵（介电常数）用MP命令(Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsElectromagnetics Relative PermittivityOrthotropic)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 s（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
6、意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e。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63（二维模型为42）的矩阵联系电场与应力（e矩阵）或应变（d矩阵）。e矩阵和d矩阵使用下列数据表输入：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
7、序请参见ANSYS Commands Reference。通过GUI定义压电矩阵：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsPiezoelectricsPiezoelectric matrix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/IEEE Std 176-1987）按照x,y,z,yz,xz,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
8、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3.1.2.5 弹性系数矩阵 c (或 d)该矩阵为66矩阵（对2-D模型是44矩阵），它说明刚度系数（c矩阵）或柔度系数(s矩阵)。注意本节按IEEE标准表示弹性系数矩阵c。这个矩阵在ANSYS帮助中的其他部分也指D矩阵。弹性系数矩阵用下列数据表输入：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ANSYS Commands Reference。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
9、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ANSYS Commands ReferenceMP命令更多的信息）。通过GUI定义：Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial ModelsStructural Linear Elastic Orthotropichttp:/pera.e-
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