1、ansys壓電分析壓電效應分析是一種結構一電場耦合分析。當給石英和陶瓷等壓電材料加電壓時，它們會產生位移，反之若使之振動，則會產生電壓。壓力傳感器就是壓電效應的一種典型的應用。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、預應力模態、諧波、預應力諧波和瞬態分析。壓電分析只能用下列單元類型之一：PLANE13,KEYOPT(1)=7,耦合場四邊形實體單元SOLID5,KEYOPT(1)=0或3,耦合場六面體單元SOLID98,KEYOPT(1)=0或3,耦合場四面體單元KEYOPT選項激活壓電自由度：位移和電壓。對于SO

2、LID5和SOLID98,KEYOPT(1)=3僅激活壓電選項。注意：如果模型中激活了至少一個帶有壓電自由度(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，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力剛化作用(參見ANSYSCommandsReference»對這些命令的更多信息，參見ANSYSStructuralAnalysisGuide»及ANSYS,Inc.TheoryReference

3、»的第三章關于大撓度及應力剛化功能的更多信息)。對PLANE13,通過設置KEYOPT(1)=7可用大撓度及應力剛化功能。對SOLID5及SOLID98通過設置KEYOPT(1)=3可用大撓度及應力剛化功能。而且小撓度及應力剛化選項可以通過KEYOPT(1)=0使用。注意對壓電分析不能使用自動求解控制。SOLCONTROL缺省設置只能對純結構或純熱分析使用。對大撓度壓電分析，必須用非線性求解命令定義有關設置。關于這些命令的更多內容參見ANSYSStructuralAnalysisGuide»的§8.4節。3.1.2.1 注意要點分析可以是靜力、模態、預應力模態、諧

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

5、。下面還要對此說明。3.1.2.3 介電系數矩陣（介電常數）用MP命令（MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>RelativePermittivity>Orthotropic）說明PERX、PERY和PERZ。（參見EMUNIT命令關于自由空間介電常數的說明）。這些常數分別表示的是介電系數矩陣冷（上標"s'表示常數值是用常值應變值計算得到的）的對角分量£11,22,33。3.1.2.4 壓電矩陣可以定義e型（壓電應力矩陣）或d型（壓電

6、應變矩陣）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，而d矩陣與柔度矩陣s的輸入相關。注意一ANSYS將會在首先定義溫度的彈性矩陣將壓電應變矩陣d轉變為壓電應力矩陣eo用TB,ANEL命令（不是MP命令）定義轉換的彈性矩陣。介電常數必須按常應變輸入。無論定義e型（壓電應力矩陣）或d型（壓電應變矩陣）的壓電矩陣都要求常應變值。如果介電常數是在常應力處，必須將其轉變為常應變的值。用TBLIST,PIEZ命令顯示轉變的數據。注意常應力和常應變對應介電常數的不同。要獲得常應變值，從常應力值減去差值。這個6X3（二維模型為4X2）的矩陣聯系電場與應力（e矩陣）或應變（d矩陣）。e矩陣和

7、d矩陣使用下列數據表輸入：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；這些常數的輸入順序請參見ANSYSCommandsReference通過GUI定義壓電矩陣：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Piezoelectrics>Piezoelectricmatrix大多數已公布的壓電材料的e矩陣數據都是基于IEEE標準（參見ANSI/IEEEStd176-1987）按照x,y,z,yz,xz

8、,xy的順序，而ANSYS的輸入數據是按照x,y,z,xy,yz,xz的順序。也就是說，輸入該參數時必須通過改變剪切項的行數據以轉換到ANSYS數據格式。?將IEEE常數e61,e62,e63輸入為ANSYS的xy行?將IEEE常數e41,e42,e43輸入為ANSYS的yz行?將IEEE常數e51,e52,e53輸入為ANSYS的xz行XyANSYSFei=7xyz研1%e13e21e22e23e31e32e33應以xze61e62e63$4142e43%歿%使用TB,ANEL和TBDATA命令確定系數矩陣（c（或s取決于TBOPT的設定）；要了解一些常數的輸入順序請參見ANSYSComma

9、ndsReference。和上面介紹的壓電矩陣的情況類似，已公布的大多數壓電材料的c矩陣的參數順序和ANSYS不同，需要將IEEE矩陣轉換成ANSYS輸入順序，按下面交換剪切項行和列的順序：將IEEE項c61,c62,c63,c66輸入為ANSYS的xy行將IEEE項c41,c42,c43,c46,c44輸入為ANSYS的yz行將IEEE項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ANSYSCommandsReference&