1、ansys壓電分析壓電效應(yīng)分析是一種結(jié)構(gòu)一電場(chǎng)耦合分析。當(dāng)給石英和陶瓷等壓電材料加電壓時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生位移，反之若使之振動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生電壓。壓力傳感器就是壓電效應(yīng)的一種典型的應(yīng)用。壓電分析(ANSYS/Multiphysics或ANSYS/Mechanical軟件包提供這種分析)類型可以是靜力、模態(tài)、預(yù)應(yīng)力模態(tài)、諧波、預(yù)應(yīng)力諧波和瞬態(tài)分析。壓電分析只能用下列單元類型之一：PLANE13,KEYOPT(1)=7,耦合場(chǎng)四邊形實(shí)體單元SOLID5,KEYOPT(1)=0或3,耦合場(chǎng)六面體單元SOLID98,KEYOPT(1)=0或3,耦合場(chǎng)四面體單元KEYOPT選項(xiàng)激活壓電自由度：位移和電壓。對(duì)于SO

2、LID5和SOLID98,KEYOPT(1)=3僅激活壓電選項(xiàng)。注意：如果模型中激活了至少一個(gè)帶有壓電自由度(位移和VOLT)的單元，則需要用到VOLT自由度的所有單元必須是上面三種壓電單元其中之一。而且，所有的這些單元均需激活壓電自由度。如果不希望在這些單元中存在壓電效應(yīng)，則需給材料定義非常小的壓電特性。壓電KEYOPT用NLGEOM,SSTIF,PSTRES命令可用大撓度和應(yīng)力剛化作用(參見(jiàn)ANSYSCommandsReference»對(duì)這些命令的更多信息，參見(jiàn)ANSYSStructuralAnalysisGuide»及ANSYS,Inc.TheoryReference

3、»的第三章關(guān)于大撓度及應(yīng)力剛化功能的更多信息)。對(duì)PLANE13,通過(guò)設(shè)置KEYOPT(1)=7可用大撓度及應(yīng)力剛化功能。對(duì)SOLID5及SOLID98通過(guò)設(shè)置KEYOPT(1)=3可用大撓度及應(yīng)力剛化功能。而且小撓度及應(yīng)力剛化選項(xiàng)可以通過(guò)KEYOPT(1)=0使用。注意對(duì)壓電分析不能使用自動(dòng)求解控制。SOLCONTROL缺省設(shè)置只能對(duì)純結(jié)構(gòu)或純熱分析使用。對(duì)大撓度壓電分析，必須用非線性求解命令定義有關(guān)設(shè)置。關(guān)于這些命令的更多內(nèi)容參見(jiàn)ANSYSStructuralAnalysisGuide»的§8.4節(jié)。3.1.2.1 注意要點(diǎn)分析可以是靜力、模態(tài)、預(yù)應(yīng)力模態(tài)、諧

4、波、預(yù)應(yīng)力諧波和瞬態(tài)分析，應(yīng)注意下列要點(diǎn)：?對(duì)模態(tài)分析，建議使用分塊Lanczos求解器(缺省)求解?對(duì)靜力分析、全諧波分析和全瞬態(tài)分析，可選用稀疏矩陣(SPARSE)求解器，或雅可比共軻梯度(JCG)求解器。?對(duì)瞬態(tài)分析，TINTP命令(MainMenu>Preprocessor>-Loads->Time/Frequenc>TimeIntegration)指定ALPHA=0.25,DELTA=0.5,THETA=0.5?預(yù)應(yīng)力諧波分析只能用小撓度分析。3.1.2.2 介電系數(shù)、壓電矩陣和彈性系數(shù)矩陣壓電模型需要的材料特性有介電常數(shù)（或叫電容率）、壓電矩陣和彈性系數(shù)矩陣

5、。下面還要對(duì)此說(shuō)明。3.1.2.3 介電系數(shù)矩陣（介電常數(shù)）用MP命令（MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>RelativePermittivity>Orthotropic）說(shuō)明PERX、PERY和PERZ。（參見(jiàn)EMUNIT命令關(guān)于自由空間介電常數(shù)的說(shuō)明）。這些常數(shù)分別表示的是介電系數(shù)矩陣?yán)洌ㄉ蠘?biāo)"s'表示常數(shù)值是用常值應(yīng)變值計(jì)算得到的）的對(duì)角分量£11,22,33。3.1.2.4 壓電矩陣可以定義e型（壓電應(yīng)力矩陣）或d型（壓電

6、應(yīng)變矩陣）的壓電矩陣。e型矩陣典型地與剛度矩陣c的各向異性彈性輸入有關(guān)，而d矩陣與柔度矩陣s的輸入相關(guān)。注意一ANSYS將會(huì)在首先定義溫度的彈性矩陣將壓電應(yīng)變矩陣d轉(zhuǎn)變?yōu)閴弘姂?yīng)力矩陣eo用TB,ANEL命令（不是MP命令）定義轉(zhuǎn)換的彈性矩陣。介電常數(shù)必須按常應(yīng)變輸入。無(wú)論定義e型（壓電應(yīng)力矩陣）或d型（壓電應(yīng)變矩陣）的壓電矩陣都要求常應(yīng)變值。如果介電常數(shù)是在常應(yīng)力處，必須將其轉(zhuǎn)變?yōu)槌?yīng)變的值。用TBLIST,PIEZ命令顯示轉(zhuǎn)變的數(shù)據(jù)。注意常應(yīng)力和常應(yīng)變對(duì)應(yīng)介電常數(shù)的不同。要獲得常應(yīng)變值，從常應(yīng)力值減去差值。這個(gè)6X3（二維模型為4X2）的矩陣聯(lián)系電場(chǎng)與應(yīng)力（e矩陣）或應(yīng)變（d矩陣）。e矩陣和

7、d矩陣使用下列數(shù)據(jù)表輸入：52必3e21e223e31e32期e41e42e43密密e53阿e623(3-D)用TB,PIEZ和TBDATA命令定義e矩陣，要了解用于定義壓電矩陣；這些常數(shù)的輸入順序請(qǐng)參見(jiàn)ANSYSCommandsReference通過(guò)GUI定義壓電矩陣：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Piezoelectrics>Piezoelectricmatrix大多數(shù)已公布的壓電材料的e矩陣數(shù)據(jù)都是基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)（參見(jiàn)ANSI/IEEEStd176-1987）按照x,y,z,yz,xz

8、,xy的順序，而ANSYS的輸入數(shù)據(jù)是按照x,y,z,xy,yz,xz的順序。也就是說(shuō)，輸入該參數(shù)時(shí)必須通過(guò)改變剪切項(xiàng)的行數(shù)據(jù)以轉(zhuǎn)換到ANSYS數(shù)據(jù)格式。?將IEEE常數(shù)e61,e62,e63輸入為ANSYS的xy行?將IEEE常數(shù)e41,e42,e43輸入為ANSYS的yz行?將IEEE常數(shù)e51,e52,e53輸入為ANSYS的xz行XyANSYSFei=7xyz研1%e13e21e22e23e31e32e33應(yīng)以xze61e62e63$4142e43%歿%使用TB,ANEL和TBDATA命令確定系數(shù)矩陣（c（或s取決于TBOPT的設(shè)定）；要了解一些常數(shù)的輸入順序請(qǐng)參見(jiàn)ANSYSComma

9、ndsReference。和上面介紹的壓電矩陣的情況類似，已公布的大多數(shù)壓電材料的c矩陣的參數(shù)順序和ANSYS不同，需要將IEEE矩陣轉(zhuǎn)換成ANSYS輸入順序，按下面交換剪切項(xiàng)行和列的順序：將IEEE項(xiàng)c61,c62,c63,c66輸入為ANSYS的xy行將IEEE項(xiàng)c41,c42,c43,c46,c44輸入為ANSYS的yz行將IEEE項(xiàng)c51,c52,c53,c56,c54,c55輸入為ANSYS的xz行XyANSYSclE-zxyxz輸入c矩陣的另一種方法是定義楊氏模量（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）,（參見(jiàn)ANSYSCommandsReference&