ansys分析壓電效應(yīng)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-08
ansys分析壓電效應(yīng)的視頻教程
ansys分析壓電效應(yīng)的實(shí)例教程
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) 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。
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展開(kāi) 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(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度?；魻?em>效應(yīng)是導(dǎo)電材料中的電流與磁場(chǎng)的相互作用，而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的一種效應(yīng)。
這個(gè)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(gè)電源中，形成一個(gè)回路，此時(shí)電路中就存在電荷的定向移動(dòng)，如下圖：
當(dāng)該導(dǎo)體處于磁場(chǎng)中，電荷就會(huì)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(chǎng)，那么在兩側(cè)就會(huì)形成電壓，如圖所示
其理論公式如下所示，
其中E為電場(chǎng)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(gè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)測(cè)量中。
那么ANSYS中我們可以仿真這個(gè)現(xiàn)象嗎？當(dāng)然可以，萬(wàn)能的ANSYS可以計(jì)算這個(gè)現(xiàn)象，下面簡(jiǎn)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(cè)試電壓，通過(guò)提取結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)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(cè)試導(dǎo)線來(lái)連接半導(dǎo)體。
展開(kāi) 導(dǎo)讀：矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角用ANSYS怎么計(jì)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(huà)出每個(gè)面的中心線，代表梁的中性層。再沿梁長(zhǎng)度方向等間隔地畫(huà)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(duì)另一端施加扭轉(zhuǎn)?？梢杂^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(lái)源：
那么，矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角用ANSYS怎么計(jì)算呢？與解析解吻合嗎？
二、問(wèn)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(jì)算矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角。
問(wèn)題分析：只受扭轉(zhuǎn)，用梁?jiǎn)卧狟EAM188建模分析。梁?jiǎn)卧膯卧獙傩杂袉卧?lèi)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(jì)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(zhǎng)度取80mm。
三、計(jì)算結(jié)果
經(jīng)過(guò)ANSYS建模計(jì)算，以下是矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算結(jié)果。由此可見(jiàn)，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(jì)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(jì)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(kāi) 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(guò)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(guò)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(duì)稱(chēng)性，僅創(chuàng)建1/4 模型。在ANSYS Mechanical 中對(duì)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(gè)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(kāi)始時(shí)，移除位移，使間隔器可以自由變形。
3.2 從第三步開(kāi)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(jì)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(kāi) 
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ansys分析壓電效應(yīng)的最新內(nèi)容
Ansys | 基于熱效應(yīng)的形狀記憶合金脊柱間隔器仿真分析5小時(shí)前
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(guò)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(guò)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)
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(guò)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(guò)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)
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
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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(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度?；魻栃?yīng)是導(dǎo)電材料中的電流與磁場(chǎng)的相互作用，而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的一種效應(yīng)。
這個(gè)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(gè)電源中，形成一個(gè)回路，此時(shí)電路中就存在電荷的定向移動(dòng)，如下圖：
『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(guò)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(huì)后我們也陸續(xù)收到在線觀眾以及其他用戶前來(lái)詢(xún)問(wèn)，在此附上本場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)直播錄播內(nèi)容
導(dǎo)讀：矩形截面梁的切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)角用ANSYS怎么計(jì)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(huà)出每個(gè)面的中心線，代表梁的中性層。再沿梁長(zhǎng)度方向等間隔地畫(huà)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(duì)另一端施加扭轉(zhuǎn)?？梢杂^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
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
