壓電效應(yīng)ansys的案例
聚合物壓阻微梁的壓電耦合效應(yīng)數(shù)值仿真 ￥1500
<p>壓阻式壓力傳感器是首批商業(yè)化的 MEMS 器件之一。與電容式壓力傳感器相比，這種傳感器更易于與電子器件集成，響應(yīng)更加線性，并且本質(zhì)上不受 RF 噪聲的影響。不過，壓阻式壓力傳感器在運(yùn)行過程中通常需要更多的功率，并且傳感器的基本噪聲限度高于電容式壓力傳感器。長期以來，壓阻器件在壓力傳感器市場占據(jù)主導(dǎo)地位。本案例建立了一壓阻式壓力傳感器，如圖1所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/1273dcb4e1cc4796914d6647fe96623c.png" alt="Untitled1.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p>數(shù)值仿真得到微梁的位移和應(yīng)力分布，如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/dd1910798cb648e5b40187e222ead8a4.png" alt="Untitled2.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖2 微梁應(yīng)力分布云圖</strong></p><p>壓敏電阻器的電勢分布云圖，如圖3所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/29e548c4d1144f10b2b1cbe106b395b0.png" alt="Untitled3.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖3 壓敏電阻器電勢分布</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p>
展開 ANSYS APDL中的壓電分析
壓電陶瓷簡介
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)電荷中心相對位移而發(fā)生極化，導(dǎo)致材料兩端出現(xiàn)符號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)－電場耦合分析。當(dāng)給石英和陶瓷等壓電材料加電壓時，它們會產(chǎn)生位移，反之若使之振動，則會產(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型之一：
1.PLANE13，KEYOPT（1）= 7，耦合場4節(jié)點(diǎn)四邊形實(shí)體單元；
2.SOLID5，KEYOPT（1）= 0或3，耦合場6節(jié)點(diǎn)六面體單元；
3.SOLID98，KEYOPT（1）=
0或3，耦合場10節(jié)點(diǎn)四面體單元；
4.SOLID226，KEYOPT（1）=
1001，耦合場20節(jié)點(diǎn)六面體單元；
5.SOLID227，KEYOPT（1）=
1001，耦合場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來表示。不同用途的壓電陶瓷元器件對壓電陶瓷的介電常數(shù)要求不同。
展開 ANSYS workbench長板壓電靜力學(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、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)長板的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)長板接觸相關(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。
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ansys壓電-流體耦合仿真實(shí)例-微泵
參考例子為ansys幫助中的例子----Example Simulation of a Piezoelectric Actuated Micro-Pump，但是這個例子中在最后的求解中介紹不詳細(xì)，這里進(jìn)行補(bǔ)充，供大家參考與討論，下面依次會提出這里例子的詳細(xì)過程：這里先給出兩個基本模型，壓電模型與流體模型，其中，壓電模型包括了壓電分析的大部分步驟，只是最后不需要有求解就可以了，流體模型主要包括網(wǎng)格模型，具體的求解設(shè)置等需要在CFX中完成
壓電模型
piezo.rar
流體模型
CFX_fluid.rar
說明：
1，讀者需要具有一定的編寫命令流的能力，以上兩個文件都是用經(jīng)典ansys的命令流編寫的模型
2，讀者需要具有一定的ansys命令行啟動能力，這個主要是用于去接最后生成的流體以及網(wǎng)格模型
3，讀者具有一定的CFX操作能力，特別是關(guān)于網(wǎng)格變形的分析能力
1.rar
首先使用ANSYS Mechanical APDL Product Launcher 14.0運(yùn)行上面的兩個inp文件，采用batch方式運(yùn)行，分別生成pfsi-solid.cdb文件和 fluid.cdb 如附件
展開 
Ansys Zemax | 量化眩光效應(yīng)(Veiling Glare)
我們可以看到現(xiàn)在的高光線密度區(qū)域的尺寸和形狀還與原始點(diǎn)列圖完全相同（我們在原始點(diǎn)列圖內(nèi)忽略了散射效應(yīng)），但散射效應(yīng)仍將一些光照射在這個小點(diǎn)上，從而使理想的純黑背景（無光線到達(dá)）變?yōu)榫哂泄饩€分布的背景。這反過來降低了系統(tǒng)的對比度，從而降低了 MTF。
注意：在我們的模型中添加散射對中心點(diǎn)列圖的形狀或大小沒有任何影響，散射效應(yīng)只將一些光線從光斑中心位置移開。
因?yàn)殡x軸視場光束散射的光線離中心光斑更遠(yuǎn)，所以在中心點(diǎn)列圖附近的背景強(qiáng)度比軸上視場光束弱。因此，我們可以期望離軸視場比軸上視場有更好的對比度和更高的MTF。這符合 OpticStudio 在包含散射時的 MTF 曲線所示。
?
請注意，還有兩個其他的分析特性允許您“散射光線”：幾何圖像分析和幾何圈入能量，這兩個功能也可以檢查散射的效果。
展開 在ANSYS中用表面效應(yīng)單元加任意方向的荷載
用表面效應(yīng)單元加任意方向的荷載
finish
/PREP7
et,1,45 !定義實(shí)體單元solid45
et,2,154 !定義三維表面效應(yīng)單元
KEYOPT,2,2,0 !指定表面效應(yīng)單元的K2=0，所加荷載與單元坐標(biāo)系方向相同
KEYOPT,2,4,1 !指定表面效應(yīng)單元的K4=0，去掉邊中點(diǎn)，成為四結(jié)點(diǎn)表面單元
block,-5,5,-5,5,0,5 !建實(shí)體模型
mp,dens,1,2000
mp,ex,1,10e9
mp,prxy,1,0.2
asel,s,loc,z,5.0,5.0 !選中實(shí)體上表面
AATT, 1, , 2, 0, !指定實(shí)體上表面用154號單元
MSHAPE,0,2D
MSHKEY,1
esize,,5
amesh,all !對上表面劃分網(wǎng)格
allsel,all
VATT, 1, , 1, 0 !指定實(shí)體用45號單元
MSHAPE,0,3D
MSHKEY,1
vmesh,all
/PSYMB,ESYS,1 !顯示單元坐標(biāo)系
esel,s,type,,2 !選中實(shí)體上表面的表面效應(yīng)單元以方便加荷載
sfe,all,1,pres,,50 !在面內(nèi)加Z向荷載，大小為50，荷載方向可通過值的正負(fù)控制
sfe,all,2,pres,,100 !在面內(nèi)加X向荷載，大小為100
sfe,all,3,pres,,150 !在面內(nèi)加Y向荷載，大小為150
/psf,pres,,2,0,1 !以箭頭方式顯示所加荷載
!
展開 基于ANSYS二次開發(fā)的壓電疊堆仿真軟件 （原創(chuàng)，如轉(zhuǎn)載，請注明出處）
技術(shù)難點(diǎn)：ANSYS二次開發(fā)，力電多場耦合
完成人：技術(shù)鄰ANSYS專家
業(yè)務(wù)咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
研究對象：Cymbal壓電振子疊堆
原理：利用壓電材料的正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能
適用范圍：壓電傳感器，振動能量收集等。
優(yōu)點(diǎn)：操作傻瓜，高度集成，可視化優(yōu)。
可代做的業(yè)務(wù)范圍：
壓電分析
ANSYS二次開發(fā)，打造高度定制化的專業(yè)有限元軟件
耦合場分析
歡迎購買軟件使用權(quán)
模擬過程：
1、將結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化
2、利用APDL、TCL/TK語言開發(fā)出內(nèi)核和界面語言。
3、結(jié)果的可視化。
圖1：Cymbal壓電疊堆軟件首界面
圖2：Cymbal壓電疊堆軟件功能界面
圖3：Cymbal壓電疊堆軟件參數(shù)化界面
圖4：Cymbal壓電疊堆軟件后處理界面
圖5：Cymbal壓電疊堆軟件變形結(jié)果
圖6：Cymbal壓電疊堆軟件電壓結(jié)果
圖7：Cymbal壓電疊堆軟件瞬態(tài)電壓結(jié)果
展開 基于ANSYS的霍爾效應(yīng)的仿真分析 ￥288
基于ANSYS的霍爾效應(yīng)的仿真分析
作者：大龍貓 fwz0703@163.com
霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，這種效應(yīng)在傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用，目前主要用于測量磁場強(qiáng)度。霍爾效應(yīng)是導(dǎo)電材料中的電流與磁場的相互作用，而產(chǎn)生電動勢的一種效應(yīng)。
這個導(dǎo)電材料通常是半導(dǎo)體材料，將半導(dǎo)體材料接入一個電源中，形成一個回路，此時電路中就存在電荷的定向移動，如下圖：
當(dāng)該導(dǎo)體處于磁場中，電荷就會在洛倫茲力的作用下，其路徑發(fā)生偏移，電荷偏移之后形成電場，那么在兩側(cè)就會形成電壓，如圖所示
其理論公式如下所示，
其中E為電場強(qiáng)度，e為電荷量，n為帶電粒子數(shù)量，B磁感應(yīng)強(qiáng)度，V粒子速度
達(dá)到平衡后，
取 Rh=1/ne
為霍爾系數(shù)，是跟霍爾材料有關(guān)的一個系數(shù)，就得到霍爾效應(yīng)的核心公式：
可以看到電壓是正比于磁場強(qiáng)度，所以，當(dāng)傳感器形狀確定以后，其通電電流確定后，那么磁場越強(qiáng)，其感應(yīng)電壓越大，所以霍爾效應(yīng)傳感器能夠應(yīng)用到磁場測量中。
那么ANSYS中我們可以仿真這個現(xiàn)象嗎？當(dāng)然可以，萬能的ANSYS可以計算這個現(xiàn)象，下面簡單描述其流程。
1.首先建立模型，模型如圖所示，這種結(jié)構(gòu)主要是為了仿真需要，因?yàn)橐粋?cè)通電，產(chǎn)生電流，另一側(cè)是測試電壓，通過提取結(jié)果數(shù)據(jù)來獲取，側(cè)面的體形是為了電路中電流的合流，因?yàn)閷?shí)際的電路就是一根測試導(dǎo)線來連接半導(dǎo)體。
展開 ANSYS分析 vs 理論解 | 矩形截面梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
導(dǎo)讀：矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角用ANSYS怎么計算呢？與解析解吻合嗎？
一、模型演示
本試驗(yàn)演示了非圓形截面構(gòu)件在扭矩作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
取一根由海綿制成的矩形截面梁，在縱向畫出每個面的中心線，代表梁的中性層。再沿梁長度方向等間隔地畫出一系列垂直線，代表梁的不同橫截面。用塑料框架固定海綿梁的一端，對另一端施加扭轉(zhuǎn)。可以觀察到：
(1)代表梁橫截面的線不再保持平直。
(2)代表中性層的水平中心線與垂直線之間的夾角不再保持90°。
素材來源：
那么，矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角用ANSYS怎么計算呢？與解析解吻合嗎？
二、問題描述
矩形截面桿件的h= b = 20 mm，扭矩T= 200 N.m，剪切模量G = 80 GPa。計算矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角。
問題分析：只受扭轉(zhuǎn)，用梁單元BEAM188建模分析。梁單元的單元屬性有單元類型、截面屬性和材料屬性。設(shè)置材料屬性一般輸入彈性模量和泊松比，計算前需將剪切模量G轉(zhuǎn)換成彈性模量E，E =2G(1+u)。設(shè)泊松比u = 0.3，彈性模量E= 208 GPa。單位制mm、N和MPa。矩形截面桿件長度取80mm。
三、計算結(jié)果
經(jīng)過ANSYS建模計算，以下是矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角的計算結(jié)果。由此可見，當(dāng)梁的橫截面的份數(shù)多一些，更接近解析解。份數(shù)越多，ANSYS數(shù)值解趨于穩(wěn)定。
(1)計算結(jié)果列表
Nb和Nh是ANSYS中橫截面的份數(shù)，默認(rèn)是2份。
(2)扭轉(zhuǎn)角云圖
①Nb=Nh=2
②Nb=Nh=16
(2)切應(yīng)力云圖
①Nb=Nh=2
②Nb=Nh=16
四、理論計算
參考教材：劉鴻文. 材料力學(xué) I (第5版) [M]. 北京: 高等教育出版社, 2011: 91-93.
展開 Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導(dǎo)入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發(fā)生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發(fā)生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復(fù)發(fā)生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運(yùn)行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 AnsysWB摩擦效應(yīng)-木樁堆疊的模擬 ￥10
本案例在展示摩擦力的影響。對木料堆在重力載荷下的運(yùn)動進(jìn)行了建模。首先進(jìn)行了木料之間無摩擦接觸的模擬，然后通過改變接觸為有摩擦的方式重復(fù)模擬。增加足夠大的摩擦力有助于木料堆保持整體性。模擬采用顯式動力學(xué)分析，并假設(shè)木料為剛性體，因?yàn)樗鼈兊膽?yīng)變不是本次模擬關(guān)注的重點(diǎn).
Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析
形狀記憶合金（SMA）能夠在發(fā)生大變形后不產(chǎn)生殘余應(yīng)變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復(fù)（形狀記憶效應(yīng)）。偽彈性和形狀記憶效應(yīng)使其特別適用于航空航天、生物醫(yī)學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標(biāo)
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應(yīng)的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創(chuàng)建靜力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。定義形狀記憶合金的材料屬性（表 1）。
表 1. 脊柱間隔器材料屬性
2、導(dǎo)入幾何模型。脊柱間隔器植入物的幾何形狀如圖 1 所示。由于對稱性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
圖 1. 四分之一間隔器幾何模型示意圖
3、定義分析設(shè)置和邊界條件。共創(chuàng)建六個分析步。
3.1 第一步，在剛性板上施加-3.375mm 的位移以壓縮脊柱間隔器；第二步開始時，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開始施加熱載荷，溫度從23.85℃ 升高到 37.85℃。在此期間，由于未發(fā)生相變，間隔器的形狀保持不變。第四步，溫度從 37.85℃ 升高到 50.85℃，由于此步中未發(fā)生主要的相變，計算再次快速收斂。第五步，溫度升高到 51.85℃，收斂速度變慢，大部分形狀恢復(fù)發(fā)生在此步中。第六步，將溫度冷卻至 37.85℃，間隔器的形狀保持不變。
圖 2. 溫度條件示意圖
4、運(yùn)行仿真。不同溫度下間隔器的變形和應(yīng)力云圖如圖3所示。
圖 3.
展開 【Ansys線上直播回看】先進(jìn)芯片設(shè)計中熱效應(yīng)的可靠性分析
『點(diǎn)擊觀看直播回放』
在先進(jìn)工藝下，隨著芯片規(guī)模與功耗密度的提高，考慮熱效應(yīng)的可靠性分析成為了Sign-off標(biāo)準(zhǔn)的一環(huán)。Ansys通過先進(jìn)的熱模型提供芯片，封裝和系統(tǒng)聯(lián)合的熱分析方案，Ansys已經(jīng)與各大主流Foundry合作，在熱分析領(lǐng)域處于行業(yè)領(lǐng)先地位。
此次網(wǎng)絡(luò)直播吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容，供大家回看學(xué)習(xí)。
▼▼▼2020 Ansys網(wǎng)絡(luò)研討會有獎反饋 - 可免費(fèi)獲取本場錄播和講解資料，參與者均可獲得千元培訓(xùn)券及技術(shù)鄰金幣獎勵！
▼▼▼“更多Ansys近期專題研討會” - 歡迎掃碼報名參加！
『或點(diǎn)擊此處進(jìn)入報名通道』
立即提交作品參加Ansys“仿真的藝術(shù)”圖片作品大賽
為紀(jì)念公司成立50周年，Ansys于近期推出全新“仿真的藝術(shù)”圖片作品大賽，讓您有機(jī)會充分發(fā)揮自身超強(qiáng)的建模能力，開展巧奪天工的設(shè)計，并展示您精彩的作品。歡迎提交采用Ansys仿真解決方案制作的設(shè)計作品，可選擇的參賽仿真設(shè)計主題有16類，涵蓋主要物理領(lǐng)域和新興技術(shù)。
『或點(diǎn)擊此處進(jìn)入報名通道』
展開 Ansys RaptorH憑2.5D/3D集成電路和系統(tǒng)領(lǐng)域抗電磁效應(yīng)獲三星Foundry認(rèn)證
Ansys與三星的深入合作將加速AI、高性能計算和5G半導(dǎo)體設(shè)計的2.5D/3D IC驗(yàn)證
Ansys? RaptorH?電磁（EM）仿真解決方案已通過三星Foundry的認(rèn)證，該解決方案用于研發(fā)高級片上系統(tǒng)（SoC）和2.5維/三維集成電路（2.5D/3D-IC）。此次認(rèn)證使得Ansys能夠幫助三星設(shè)計人員及三星Foundry客戶在采用三星新的簽核流程時更準(zhǔn)確地分析并降低電磁效應(yīng)帶來的風(fēng)險，從而大幅加速先進(jìn)人工智能（AI）、高性能計算（HPC）以及5G半導(dǎo)體設(shè)計的發(fā)展。
三星的一系列高級納米硅和2.5D/3D-IC技術(shù)需要一種驗(yàn)證電磁干擾的簽核方法，避免其影響到復(fù)雜的多芯片裝配體，而傳統(tǒng)工具在設(shè)計上難以滿足這一要求。工程師需要高容量電磁分析工具來準(zhǔn)確建模超大型SoC和2.5D/3D裝配體的信號完整性，這些裝配體能以極高的數(shù)據(jù)速率處理信號。2.5D/3D-IC中信號之間難以量化的相互作用是關(guān)鍵故障點(diǎn)，限制了新技術(shù)的推廣。
將Ansys? HFSS?的高保真度高頻電磁求解器與Ansys? RaptorX?的高速魯棒性架構(gòu)結(jié)合之后，RaptorH高度集成的分析解決方案有助于三星設(shè)計師對電磁現(xiàn)象建模，提高其2.5D/3D芯片裝配體中的頻率，同時確保寄生效應(yīng)不會影響系統(tǒng)。這將推動這些新型封裝技術(shù)更快地進(jìn)入主流生產(chǎn)，并大幅降低風(fēng)險。
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