ansys apdl壓電分析的案例
ANSYS APDL中的壓電分析
壓電陶瓷簡(jiǎn)介
壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的陶瓷材料。壓電陶瓷除具有壓電性外，還具有介電性、彈性等，已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達(dá)等。壓電陶瓷利用其材料在機(jī)械應(yīng)力的作用下，引起內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷即壓電效應(yīng)。壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發(fā)生器、紅外探測(cè)器、聲表面波器件、電光器件、引燃、引 爆和壓電陀螺等。
壓電效應(yīng)分析是一種結(jié)構(gòu)－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。
一、單元選擇
ANSYS中的壓電分析只能用下列單元類(lèi)型之一：
1.PLANE13，KEYOPT（1）= 7，耦合場(chǎng)4節(jié)點(diǎn)四邊形實(shí)體單元；
2.SOLID5，KEYOPT（1）= 0或3，耦合場(chǎng)6節(jié)點(diǎn)六面體單元；
3.SOLID98，KEYOPT（1）=
0或3，耦合場(chǎng)10節(jié)點(diǎn)四面體單元；
4.SOLID226，KEYOPT（1）=
1001，耦合場(chǎng)20節(jié)點(diǎn)六面體單元；
5.SOLID227，KEYOPT（1）=
1001，耦合場(chǎng)10節(jié)點(diǎn)四面體單元；
KEYOPT選項(xiàng)激活壓電自由度：位移和電壓。對(duì)于SOLID5和SOLID98，KEYOPT(1)=3僅激活壓電選項(xiàng)。
二、材料屬性
在ANSYS中，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，一共三項(xiàng)。
1.介電常數(shù)（Relative Permittivity）
介電常數(shù)是反映材料的介電性質(zhì)，或極化性質(zhì)的，通常用ε來(lái)表示。不同用途的壓電陶瓷元器件對(duì)壓電陶瓷的介電常數(shù)要求不同。
展開(kāi) ANSYS APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù) 附Ansys APDL 命令流手冊(cè)下載
對(duì)所有的單元表的列求和
在參數(shù)化的分析過(guò)程中可以修改其中的參數(shù)達(dá)到反復(fù)分析各種尺寸、不同載荷大小的多種設(shè)計(jì)方案，極大地提高了分析效率，減少了分析成本。同時(shí)，以APDL為基礎(chǔ)，用戶(hù)還可以開(kāi)發(fā)專(zhuān)用有限元分析程序，或者編寫(xiě)經(jīng)常重復(fù)使用的功能小程序，保存成宏文件以供用戶(hù)隨時(shí)調(diào)用或創(chuàng)建成按鈕放在工具條上。另外，APDL也是ANSYS設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)，只有創(chuàng)建參數(shù)化的分析流程才能對(duì)其中的設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
APDL程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與其它編程語(yǔ)言一樣，具有參數(shù)、數(shù)組表達(dá)式、函數(shù)、流程控制（循環(huán)與分支）、縮寫(xiě)、宏以及用戶(hù)程序等。其中命令執(zhí)行中所使用到的參數(shù)可以被賦值為確定值，也可以通過(guò)表達(dá)式或參數(shù)的方式進(jìn)行賦值。
圖3 ANSYS APDL 分支結(jié)構(gòu)
下載地址：Ansys APDL 命令流手冊(cè)
展開(kāi) ANSYS workbench長(zhǎng)板壓電靜力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)長(zhǎng)板的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)長(zhǎng)板接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)壓電靜力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)長(zhǎng)板壓電靜力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench長(zhǎng)板壓電靜力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
?
展開(kāi) ANSYS APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù) 附有限元分析ANSYS理論與應(yīng)用下載
對(duì)所有的單元表的列求和
在參數(shù)化的分析過(guò)程中可以修改其中的參數(shù)達(dá)到反復(fù)分析各種尺寸、不同載荷大小的多種設(shè)計(jì)方案，極大地提高了分析效率，減少了分析成本。同時(shí)，以APDL為基礎(chǔ)，用戶(hù)還可以開(kāi)發(fā)專(zhuān)用有限元分析程序，或者編寫(xiě)經(jīng)常重復(fù)使用的功能小程序，保存成宏文件以供用戶(hù)隨時(shí)調(diào)用或創(chuàng)建成按鈕放在工具條上。另外，APDL也是ANSYS設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)，只有創(chuàng)建參數(shù)化的分析流程才能對(duì)其中的設(shè)計(jì)參數(shù)執(zhí)行優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
APDL程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言與其它編程語(yǔ)言一樣，具有參數(shù)、數(shù)組表達(dá)式、函數(shù)、流程控制（循環(huán)與分支）、縮寫(xiě)、宏以及用戶(hù)程序等。其中命令執(zhí)行中所使用到的參數(shù)可以被賦值為確定值，也可以通過(guò)表達(dá)式或參數(shù)的方式進(jìn)行賦值。
圖3 ANSYS APDL 分支結(jié)構(gòu)
下載地址：有限元分析ANSYS理論與應(yīng)用下載
展開(kāi) 
基于ANSYS APDL的車(chē)橋耦合振動(dòng)分析程序 ￥299
主要內(nèi)容包括：
（1）120m連續(xù)鋼混組合梁橋模型（實(shí)體單元+殼單元+梁?jiǎn)卧?栓釘建模細(xì)節(jié)、支座建模細(xì)節(jié)、橋墩建模細(xì)節(jié)）；
（2）空間整車(chē)模型，可考慮車(chē)體豎向，俯仰和側(cè)傾振動(dòng)加速度；
（3）車(chē)橋耦合振動(dòng)分析程序（可以修改車(chē)速，車(chē)重和路面不平整度）；
（4）結(jié)果提取程序，可以提取橋梁任意節(jié)點(diǎn)位移時(shí)程曲線(xiàn)，加速度時(shí)程曲線(xiàn)，車(chē)輛多個(gè)方向動(dòng)力響應(yīng)。
（使用該程序已發(fā)表sci論文3篇，1篇檢索，1篇已錄用，1篇返修中，可提供檢索論文）
buildings-13-01109-v2.pdf
Driving adaptability of highway steel-concrete composite beam bridge with multiple damages theory technology and practice.pdf
4304704.pdf
展開(kāi) ANSYS APDL斜拉橋精細(xì)化建模與仿真分析案例 ￥39.9
模型簡(jiǎn)介
圖1-1 Ansys斜拉橋全橋模型
圖1-2 恒載位移情況（mm）
圖1-3 索力提?。∟）
本案例提供了一套基于ANSYS APDL的斜拉橋全參數(shù)化建模與仿真分析解決方案，涵蓋主梁、索塔及斜拉索的模擬，適用于橋梁工程領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)分析、索力優(yōu)化及二次開(kāi)發(fā)需求。模型采用經(jīng)典單元類(lèi)型（Beam188、Link180），跨徑布置為100m+220m+100m，包含完整的命令流文件（.mac）與模型數(shù)據(jù)庫(kù)文件（.cdb），用戶(hù)可直接運(yùn)行或基于現(xiàn)有框架快速擴(kuò)展功能。
1.2. 核心內(nèi)容與文件說(shuō)明
1.2.1. 模型文件
stayedCableBridge.cdb：已生成的有限元模型數(shù)據(jù)庫(kù)，包含幾何、單元、材料及邊界條件定義，可直接導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行求解或后處理。【也可以直接接入到命令界面進(jìn)行修改】
Stayed Cable Bridge.mac：模型分析的APDL命令流腳本，含求解及后處理等關(guān)鍵步驟包括。
1.2.2. 模型特點(diǎn)
單元類(lèi)型科學(xué)選擇：
Beam188：適用于主梁與索塔的彎曲-剪切耦合分析，支持自定義截面形狀；
Link180：模擬斜拉索的索-梁/塔錨固行為，可通過(guò)初應(yīng)變法實(shí)現(xiàn)索力精準(zhǔn)控制。
可通過(guò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的修改進(jìn)行：
參數(shù)化設(shè)計(jì)：跨徑、塔高、索面布置等關(guān)鍵參數(shù)可快速修改，適應(yīng)不同橋型需求。
非線(xiàn)性兼容性：支持幾何非線(xiàn)性分析（如大位移、索松弛），為復(fù)雜工況提供可靠依據(jù)。
案例優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用場(chǎng)景
1.2.3.
展開(kāi) 基于ansys apdl 命令流分析玻璃/環(huán)氧中心開(kāi)口板的受力分析 ￥59.9
2、建立模型
網(wǎng)格劃分：
MPDATA,EX,1,,2.1e11 MPDATA,PRXY,1,,0.3
映射網(wǎng)格劃分
模型求解的結(jié)果
施加約束（載荷）：
長(zhǎng)方形左邊固支右邊受 1000N 均勻拉力
3、有限元結(jié)果分析
受力方向位移圖（整體）：
X 方向的位移圖
Y 方向的位移圖
Z 方向的位移圖
Mises 應(yīng)力圖（每層）：
第一層Mises 應(yīng)力圖
第二層Mises 應(yīng)力圖
第三層Mises 應(yīng)力圖
第四層Mises 應(yīng)力圖
第五層Mises 應(yīng)力圖
結(jié)論：
由Mises 應(yīng)力圖可以得出對(duì)稱(chēng)層合板之間的應(yīng)力圖是相同的
ansys apdl 模態(tài)分析詳解與案例 ￥5
模態(tài)分析介紹與案例（附帶完整建模及前后處理命令流）。模態(tài)分析的本質(zhì)就是研究系統(tǒng)的自由振動(dòng)特性，確定一個(gè)結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型。而固有頻率和振型是承受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，所以，模態(tài)分可以作為其它動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題的起點(diǎn)。ansys的模態(tài)分析是線(xiàn)性分析，任何非線(xiàn)性特性，例如塑性，接觸單元等，即使定義了也將被忽略。
?它的主要用途：
（1）避免共振或使結(jié)構(gòu)以特定頻率進(jìn)行振動(dòng)(例如橋梁設(shè)計(jì))，
（2）認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)對(duì)于不同類(lèi)型的動(dòng)力載荷是如何響應(yīng)的，
（3）有助于在其它動(dòng)力分析中估算求解控制參數(shù)(如時(shí)間步長(zhǎng))等
模態(tài)分析步驟雖然相較簡(jiǎn)單，但其對(duì)結(jié)構(gòu)的NVH特性分析尤為重要，下面通過(guò)兩個(gè)案例詳細(xì)介紹模態(tài)分析的專(zhuān)屬名詞及分析方法。
案例1--均勻直桿的固有頻率分析
命令流：
/clear
/prep7
et,1,solid186
mp,ex,1,2e11
mp,prxy,1,0.3
mp,dens,1,7800
block,0,0.01,0,0.01,0,0.1
lesize,1,,,3
lesize,2,,,3
lesize,9,,,15
mshape,0
mshkey,1
vmesh,1
finish
!
展開(kāi) ansys apdl 動(dòng)力學(xué)分析案例 ￥5
凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)分析（附帶完整建模、計(jì)算、前后處理腳本命令）。
一 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析（凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)）
一對(duì)心直動(dòng)尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件位移s隨時(shí)間的變化，模型示意圖如圖所示。
1.選擇單元和材料屬性：
/clear,start
!清除內(nèi)容并從新開(kāi)始
/prep7
!進(jìn)入前處理
!=====單元＆材料======
et,1,plane42
!平面單元42
et,2,solid95
!實(shí)體單元95
mp,ex,1,2e11
!材料1的彈性模量
mp,prxy,1,0.3
!材料1的泊松比
mp,dens,1,7800
!材料1的密度
選擇這兩個(gè)單元的原因：
展開(kāi) 斯姆勒 | Ansys 經(jīng)典結(jié)構(gòu)分析APDL語(yǔ)言詳解及Ansys二次開(kāi)發(fā)高級(jí)培訓(xùn)
點(diǎn)擊報(bào)名：http://jishulink.mikecrm.com/1B085K9
ansys classical 疲勞分析apdl
! ***************環(huán)境設(shè)置***************
/units,si
/title, Fatigue analysis of cylinder with flat head
! ***************參數(shù)設(shè)定***************
Di=1000
! 筒體內(nèi)徑
t=20
! 筒體厚度
hc=nint(4*sqrt(Di/2*t)/10)*10
! 模型中筒體長(zhǎng)度
tp=60
! 平板封頭厚度
r1=10
! 平板封頭外測(cè)過(guò)渡圓弧半徑
r2=10
! 平板封頭內(nèi)側(cè)應(yīng)力釋放槽圓弧半徑
exx=2e5
! 材料彈性模量
mu=0.3
! 材料泊松比
p1=2
展開(kāi) 
ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
2.項(xiàng)目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發(fā)生器排污換熱器梁?jiǎn)卧S模型，對(duì)其在設(shè)計(jì)溫度下的熱膨脹量進(jìn)行計(jì)算，為后續(xù)驗(yàn)證換熱器裝置的結(jié)構(gòu)完整性提供依據(jù)。
3.理論計(jì)算
熱膨脹量理論計(jì)算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數(shù)，△T為溫差，L為管道計(jì)算長(zhǎng)度
在本實(shí)例中，溫差△T：管側(cè)為310℃；殼側(cè)為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側(cè)為1500mm；殼側(cè)為800mm
計(jì)算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計(jì)算輸入
熱膨脹分析時(shí)，僅需要加溫度載荷，同時(shí)將框架底部固定約束即可。
管側(cè)溫度：320℃；殼側(cè)溫度：288℃；支架溫度：20℃
5.仿真結(jié)果
6.結(jié)論
對(duì)蒸汽發(fā)生器排污換熱器進(jìn)行了三維建模，分析其在熱載荷下的熱膨脹量。
換熱器最大位移發(fā)生在管側(cè)的外側(cè)位置，最大矢量位移為15.7mm。同時(shí)可知：整個(gè)結(jié)構(gòu)主要是發(fā)生了沿著軸向的位移，最大軸向位移也發(fā)生在管側(cè)的外側(cè)位置，最大軸向位移為14.4mm。
展開(kāi) ansys apdl 熱和電磁場(chǎng)分析案例 ￥15
1.三維電磁感應(yīng)加熱（附帶完整計(jì)算命令流及注釋說(shuō)明）2.鋼球的淬火（附帶完整計(jì)算命令流及注釋說(shuō)明）3.二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析（附帶完整計(jì)算命令流及注釋說(shuō)明）。
三維電磁感應(yīng)加熱---感應(yīng)加熱的激勵(lì)源為365000HZ的交流電，線(xiàn)圈電流密度為2.04e8A/m^2，線(xiàn)圈和管子的幾何模型如下圖所示：
鋼球的淬火---淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后快速冷卻的一種熱處理工藝方法，下圖為鋼球溫度變化曲線(xiàn)：
二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析---把螺線(xiàn)管制動(dòng)器作為2D軸對(duì)稱(chēng)模型進(jìn)行分析，計(jì)算銜鐵部分螺線(xiàn)管制動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)部分)的受力情況和線(xiàn)圈電感。
ansys apdl 耦合物理場(chǎng)命令流分析概述
（3）載荷傳遞耦合分析———ANSYS多場(chǎng)求解器
ANSYS多場(chǎng)求解器可用于多類(lèi)耦合分析問(wèn)題，它是一個(gè)求解載荷傳遞耦合場(chǎng)問(wèn)題的自動(dòng)化工具，取代了基于物理文件的過(guò)程，并為求解載荷傳遞耦合物理問(wèn)題提供了一個(gè)強(qiáng)大、精確、易于使用的工具。每一個(gè)物理場(chǎng)都可視為一個(gè)包含獨(dú)立實(shí)體模型和網(wǎng)格的場(chǎng)。耦合載荷傳遞要確定面或體。
多場(chǎng)求解器命令集使問(wèn)題成形，并定義了求解先后順序。通過(guò)使用求解器，耦合載荷會(huì)自動(dòng)地在不同的網(wǎng)格中傳遞。求解器適用于穩(wěn)態(tài)、諧波以及瞬態(tài)分析，這要取決于物理需求。以順序（或混合順序同步）方式可以求解許多場(chǎng)。ANSYS 多場(chǎng)求解器的兩種版本是為了不同應(yīng)用場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的，它們擁有不同的優(yōu)點(diǎn)及程序。
==MFS—單代碼：基本的ANSYS 多場(chǎng)求解器==，如果模擬包含帶有所有物理場(chǎng)的小模型時(shí)就可以使用它。這些物理場(chǎng)包含在一個(gè)軟件包內(nèi)（如 ANSYS 多場(chǎng))。MFS—單代碼求解器使用迭代耦合，其中每一個(gè)物理場(chǎng)要順序求解，并且每一個(gè)矩陣方程要分別求解。求解器在每個(gè)物理場(chǎng)之間迭代，直到通過(guò)物理界面?zhèn)鬟f的載荷收斂為止。
==MFX一多代碼:高級(jí)ANSYS 多場(chǎng)求解器==，用于模擬分布在多個(gè)軟件包之間的物理場(chǎng)(如在ANSYS 多場(chǎng)和 ANSYS CFX之間)。MFX求解器比MFS版本提供了更多的模型。MFX一多代碼求解器使用迭代耦合，其中每一個(gè)物理場(chǎng)可以同時(shí)求解，也可以順序求解，而每一個(gè)矩陣方程要分別求解。求解器在每一個(gè)物理場(chǎng)之間迭代，直到通過(guò)物理界面?zhèn)鬟f的載荷收斂為止。
三 總結(jié)
1.當(dāng)耦合場(chǎng)之間的相互作用包括強(qiáng)烈耦合的物理場(chǎng)，或者是高度非線(xiàn)性的，直接耦合較具優(yōu)勢(shì)，它使用耦合變量一次求解得到結(jié)果。直接耦合的例子有壓電分析，流體流動(dòng)的共輒傳熱分析，電路—電磁分析。
展開(kāi) 教程 - 機(jī)械 APDL 中的 2D 桁架分析 （ANSYS） 第 1 部分？
教程 - 機(jī)械 APDL 中的 2D 桁架分析 （ANSYS） 第 1 部分
一般來(lái)說(shuō)，有限元解可以分為以下三個(gè)階段。
1. 預(yù)處理：定義問(wèn)題;
- 定義關(guān)鍵點(diǎn)/線(xiàn)/區(qū)域/體積
- 定義元素類(lèi)型和材料/幾何屬性
- 根據(jù)需要?jiǎng)澐志€(xiàn)/區(qū)域/體積
2. 解決方案：分配載荷、約束和求解;
3. 后處理：
- 節(jié)點(diǎn)位移列表
- 單元力和彎矩
- 撓度圖
- 應(yīng)力等值線(xiàn)圖
在本教程中，我們將進(jìn)行第一步。
步驟1：
啟動(dòng) Ansys Mechanical APDL。
步驟2：
單擊 Preferences 并選擇 Structural ，因?yàn)槲覀儗⑦M(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。單擊 OK（確定）。
步驟3：
現(xiàn)在我們必須繪制關(guān)鍵點(diǎn)。在 Preprocessor >> Modeling >> Create >> In active CS 下創(chuàng)建。
步驟4：
現(xiàn)在我們必須輸入 Keypoints。輸入關(guān)鍵點(diǎn)編號(hào) 1 和 XYZ 坐標(biāo)，然后單擊 Apply。
步驟5：
輸入第二個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) X=500，Y=1000。Z 將保持為零，因?yàn)槲覀冇?2D Bridge Truss。單擊 Apply。
步驟6：
輸入第三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) X=1000，Y=0。單擊 Apply。
步驟7：
輸入第 4 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) X=1500，Y=1000。單擊 Apply。
步驟8：
輸入第 5 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) X=2000，Y=0。單擊 OK
步驟9：
現(xiàn)在我們已經(jīng)繪制了關(guān)鍵點(diǎn)。我們必須沿著這些關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)建線(xiàn)條。轉(zhuǎn)到 建模 >> 在激活坐標(biāo)中>>創(chuàng)建>>線(xiàn)。
步驟10：
現(xiàn)在通過(guò)單擊它們來(lái)選擇 kepoint，然后單擊其他關(guān)鍵點(diǎn)以創(chuàng)建線(xiàn)。創(chuàng)建成員。單擊 OK（確定）。
步驟11：
現(xiàn)在我們必須定義 Element 類(lèi)型。即 Beam。
展開(kāi) 