壓電阻抗ansys程序

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1、壓電陶瓷阻抗分析ANSYS程序阻抗概念簡(jiǎn)介大家都知道直流電路中，歐姆定律中定義的電阻，電阻的含義代表對(duì)電流的阻礙作用。隨著學(xué)習(xí)的深入，我們知道電壓不僅僅有直流電壓，更多存在的是交流電壓，比如家用電壓220V~，變壓器等等。圖1一般交流電壓有幅值，頻率，相位這些參數(shù)，如果用實(shí)數(shù)表示就是(1)代表任意時(shí)刻的電壓，代表偏置，代表幅值，代表角頻率與頻率有關(guān)，為初始相位。隨著學(xué)習(xí)繼續(xù)深入，有出現(xiàn)了用虛數(shù)表示電壓(2)其實(shí)如果只要將式中實(shí)部取出來(lái)，虛部不用管，就和一樣了。既然比還要復(fù)雜，為什么還要用復(fù)數(shù)表示交流電壓呢，其實(shí)這是因?yàn)閺?fù)數(shù)的運(yùn)算要比實(shí)數(shù)要簡(jiǎn)單許多許多。比如將兩個(gè)交流電

2、相乘（實(shí)際中可以用電子電路中乘法器實(shí)現(xiàn)），復(fù)數(shù)的相乘：只要將幅角相加就行了，實(shí)數(shù)就要復(fù)雜很多。到此，我們知道了為什么要復(fù)數(shù)表示阻抗，而任何一個(gè)復(fù)數(shù)都可以用實(shí)部和虛部表示：(3)實(shí)部和虛部到底有什么含義呢，很多教科書說(shuō)實(shí)部就是電阻，虛部是由電容產(chǎn)生的容抗和電感產(chǎn)生的感抗組成的。但大家看完這些介紹依然是云里霧里，太抽象，難以理解。實(shí)際上對(duì)于阻抗的理解就直接把其理解為電阻，阻抗就是用來(lái)阻礙電流的，比如如果我們要在1V電壓施加下獲得1A電流，那么我們找1電阻和絕對(duì)值為1的阻抗是一樣的。但是用阻抗有個(gè)優(yōu)點(diǎn)，阻抗的虛部是復(fù)數(shù)，復(fù)數(shù)不會(huì)做功不會(huì)產(chǎn)生能量消耗，雖然1的電阻和1的阻抗都

3、能獲得1A的電流，但是阻抗由于有虛部因此消耗的能量要少，如果阻抗虛部設(shè)計(jì)的大一些，實(shí)部設(shè)計(jì)的小一些，這對(duì)于節(jié)約功耗具有無(wú)比重要的意義！注意以上討論的前提是交流電。ANSYS獲得壓電阻抗ANSYS中要輸入壓電單元的參數(shù)，當(dāng)然自己可以慢慢用GUI輸入，也可以用命令流輸入，其實(shí)最簡(jiǎn)單的方法就是從網(wǎng)上找一個(gè)別人論文中的PZT壓電參數(shù)直接用File->readinputfrom..命令讀取就行了，這里將參數(shù)貼在附錄A.下面開始建立模型，從最簡(jiǎn)單的板開始入手。板的尺寸為24*4*0.35mm，這很簡(jiǎn)單用block命令或者直接GUI。建立模型后要進(jìn)行網(wǎng)格劃分，用GUI直觀簡(jiǎn)單，Me

4、shTool選中長(zhǎng)寬厚，分別設(shè)置劃分個(gè)數(shù)為10*5*2，劃分類型為映射網(wǎng)格，計(jì)算快，看起來(lái)漂亮~圖2施加電壓要用到CoupledField的概念，耦合場(chǎng)其實(shí)就是將選中的面偶合成一個(gè)量，也就是如果要對(duì)某一點(diǎn)施加電壓，那么耦合的面都會(huì)具有所施加的電壓值，這在施加電壓的時(shí)候只要施加在耦合的點(diǎn)（ANSYS映射的原點(diǎn)就是耦合點(diǎn)，選錯(cuò)了點(diǎn)ANSYS會(huì)報(bào)錯(cuò)的）上就行了。耦合的時(shí)候要用到Select->entities確定要耦合的面，否則你得一個(gè)一個(gè)的選在同一個(gè)面上的點(diǎn)。注意每次選完之后都要用select->everything來(lái)選中整體。圖3耦合完電壓之后要確定分析類型（analy

5、sistype），分析類型為諧響應(yīng)分析（harmonic）。然后是施加邊界條件，為了求解方便，所施加的電壓都是1V，如果不是1V得出來(lái)的不是阻抗，而是阻抗的倍數(shù)。施加完電壓后要確定分析的頻率范圍，一般壓電陶瓷阻抗都在10KHz到100KHz之間，這里可以根據(jù)自己需要輸入（在loadstepopts->Time/Freq中輸入），要選擇ramp類型否則結(jié)果不對(duì)numbofsteps選擇用100步求解，沒有numbofsteps會(huì)什么都的不出來(lái)，如果有什么問題記得檢查這一塊。阻尼因子可以輸入常量0.005，不輸入也行。查看結(jié)果在TimehistPostpro中查看，進(jìn)去后

6、電極+號(hào)添加查看節(jié)點(diǎn)的信息。選擇ReactionForce->CurrentFlow。節(jié)點(diǎn)號(hào)選擇施加電壓面耦合的點(diǎn)（這里為161號(hào)節(jié)點(diǎn)）。最后選擇圖像圖標(biāo)（圖6）查看圖形信息。圖4圖5圖6圖7結(jié)果很像阻抗可惜這個(gè)不是，需要進(jìn)行處理才能得到真正的阻抗。阻抗的表達(dá)式見3-41.利用這個(gè)公式在ANSYS中輸入公式進(jìn)行計(jì)算。阻抗的幅值和相位角這時(shí)候都可以輸出來(lái)了，只要改變右上角的Amplitude或者phaseangle就可以輸出不同的曲線了，當(dāng)然如果要輸出導(dǎo)納也很簡(jiǎn)單，只要繼續(xù)用ANSYS中的計(jì)算工具輸入下面表達(dá)式就OK了。如果想要用Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理，點(diǎn)擊List

7、Data阻抗和相位都在這里了隨便怎么處理都行。這是在GUI中獲得阻抗，只要一步一步按照命令流進(jìn)行翻譯應(yīng)該很容易獲得命令流，希望有人能繼續(xù)進(jìn)行補(bǔ)充。附錄AFINISH/CLEAR!------------------------------------------------Materialandelement-----------------------------------------------------/PREP7ET,1,SOLID5,3ET,2,SOLID45MP,DENS,1,7500!PZTDENSITYMP,PERX,1,730!