Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

CAD FEM  Official ANSYS^, LS-DYNA3D^ Distributor in CIS

Расчет резонансной частоты пьезоэлемента,

совершающего изгибные колебания

Наименования продуктов ANSYS, в которых данный пример может быть выполнен	ANSYS/ED 5.3 ANSYS/University 5.3	Автор: Пергун Игорь, аспирант, Омский ГТУ, Радиотехнический факультет, кафедра КПРА Тел. (3812) 65-30-26, e-mail sha@omgtu.omsk.su
Дисциплина	Пьезоэлектричество
Тип анализа	Модальный анализ
Демонстрируются	Табличное задание свойств материала, работа с системой координат элемента

Примечание: в силу симметрии модели в задаче рассматривается решение половинчатой модели.

Постановка задачи:

Определить значения частот резонанса и антирезонанса кварцевого бруска со срезом ZY и размерами 48.74.384.1 мм, совершающего колебания изгиба основного тона. Решение задачи проводится с целью сравнения результатов моделирования с результатами аналитического расчета [1], а также для изучения методики решения задач подобного типа. При решении используется элемент связанных полей SOLID5.

Пошаговое описание решения

1

. Построение геометрической модели

Вследствие симметрии задачи рассматриваем построение половины реальной модели. Плоскость симметрии – 0YZ. Для построения используется геометрический примитив параллелепипед:

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>

Volumes>Block>By Dimensions

Введите данные, как показано на рисунке.

Ok.

2. Выбор типа конечного элемента

Для пьезоэлектрических расчетов используется элемент связанных полей SOLID5:

Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Add

Выберите номер материала 1 и из раздела Coupled Field элемент Scalar Brick 5 Ok.

3. Задание свойств материала

Введите значение плотности материала и диэлектрических постоянных:

Main Menu>Preprocessor>Material Props>Ortotropic

Для материала 1 введите следующие значения:

• DENS = 2650

• PERX = 3.997E-11

• PERY = 3.997E-11

• PERZ = 4.103E-11

Ok.

Матрицу модулей упругости [D] и матрицу пьезоэлектрических констант [E] введите табличным способом.

Исходные данные:

Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables>Define/Activate

Выберите тип таблицы – Anisotropic ANEL, номер материала – 1.

Ok.

Введите значения модулей упругости [D]:

Main Menu>Preprocessor>Material Props>Data Tables>Edit Active

Заполните первый столбец согласно индексации таблицы.

Д ля перемещения по таблице используйте стрелочный указатель

После заполнения таблицы выполните:

File>Apply/Quit

В

ведите матрицу пьезоэлектрических постоянных:

M ain Menu>Preprocessor>Material Props>

Data Tables>Define/Activate

Выберите тип таблицы – Piezoelect PIEZ, номер

материала – 1.

Main Menu>Preprocessor>Material Props>

Data Tables>Edit Active

После заполнения таблицы выполните:

File>Apply/Quit

4. Покрытие геометрической модели сеткой конечных элементов

Для ускорения процесса счета используется грубое разбиение. Отобразим линии:

Utility Menu>Plot>Lines

Utility Menu>Plot Ctrls>Pan, Zoom,Rotate нажать кнопку ISO.

У

кажите количество конечных элементов по каждой линии:

Main Menu>Preprocessor>Meshing>Shape&Size>Lines>Picked Lines

Укажите линии, параллельные оси Y

Ok

В появившемся меню введите следующие значения параметров:

• параметр NDIV: 10;

• параметр SPACE: 1.

Apply.

Укажите линии, параллельные оси Z

Ok

В появившемся меню введите следующие значения параметров:

• параметр NDIV: 5;

• параметр SPACE: 1.

Apply.

Укажите линии параллельные оси X

Ok

В появившемся меню введите следующие значения параметров:

• параметр NDIV: 3;

• параметр SPACE: 1.

Ok.

Покройте модель сеткой конечных элементов:

Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Free

Укажите объем, затем нажмите Ok.

5. Задание граничных условий и нагрузок

Задайте симметричные граничные условия. Для этого:

• о тобразите поверхности Utility Menu>Plot>Areas;

• выберите изометрический вид Utility Menu>Plot Ctrls>Pan,Zoom,

Rotate нажать кнопку ISO.

• задайте граничные условия Main Menu>Solution>Loads>Apply>

Structural>Displasement> Symmetry B.C.>On Areas,

на запрос укажите поверхность в плоскости 0YZ.

Ok.

6. Задание параметров расчета

Выберите тип анализа (модальный):

Main Menu>Solution>New AnalysisModalOk.

Задайте опции анализа (метод расчета редуцированный, количество извлекаемых частот 10):

Main Menu>Solution>Analysis Options, введите параметры:

• MODOPT: Reduced;

• No. of modes to extract: 10;

• NMODE: 10.

Ok.

З

начения FREQB(начальное значение частотного диапазона), FREQE (конечное значение частотного диапазона) и PRMODE (число частот для печати) обнулить, так как искомая частота неизвестна.

Ok.

Для редуцированного метода необходимо указать ведущие степени свободы [2].

Main Menu>Solution>Master DOFs>Programm Selected

В ведите значения, как показано на рисунке.

Ok.

Запуск на решение:

Main Menu>Solution>Solve>Current Ls

7. Просмотр результатов расчета

Определение искомой частоты проводится путем просмотра формы колебаний на каждой из 10 рассчитанных частот. В данном случае искомой является форма изгиба основного тона, соответствующая частоте № 4, значение частоты резонанса FREQ=9723 Гц; по результатам аналитического расчета Fр10 КГц. Процедура выполняется в постпроцессоре:

Main Menu>General Postproc>Read Results>First Set - первая частота;

Main Menu>General Postproc>Plot Results>Deformed Shape – вывод на экран формы деформации;

Main Menu>General Postproc>Read Results>Next Set – следующая частота.

Анимация колебаний выполняется следующим образом:

Utility Menu>PlotCtrls>Animate>Mode Shape

Рекомендуется задавать не более 10 кадров с задержкой 0.1 сек.

8. Определение частоты антирезонанса

Для определения частоты антирезонанса необходимо на всех электродах кристалла указать нулевой потенциал.

Для этого необходимо:

• выбрать вид сверху – Utility Menu>PlotCtrls>Pan,Zoom,Rotate – нажмите кнопку Top;

• отрисовать узлы Utility Menu>Plot>Nodes;

• у

  казать узлы, принадлежащие электродам, используя инструмент BOX –

Main Menu>Solution>Loads>Apply>Electric>Potential>On Nodes

Ok.

Далее введите величину потенциала – 0.

Ok.

Запуск на решение:

Main Menu>Solution>Solve>Current Ls

Повторите п. 7. Значение частоты антирезонанса FREQ=9686 Гц.

Д

ля моделирования кристаллов со срезом и поворотом необходимо оперировать системой координат элементов. Сначала создается локальная система координат с необходимыми углами поворота относительно осей глобальной системы координат, затем в атрибутах элементов указывается номер созданной локальной системы координат. Например, при моделировании кристалла со срезом YXl/45⁰ необходимо выполнить следующие действия:

Utility Menu>Work Plane>Local Coordinate Systems>

Create Local Cs>At Specified Loc – укажите начало координат Ok;

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Move/Modify>

Elements>Modify Attrib – нажмите кнопку Pick All и введите данные, как показано на нижнем рисунке.

Литература:

1. Смагин А.Г, Ярославский М.И. Пьезоэлектричество кварца и кварцевые резонаторы. М., “Энергия”, 1970, с. 424.

2. ANSYS Structural Analysis Guide. глава 3.12.

3

Представительство CAD FEM GmbH в СНГ, 107497, Москва, Щелковское шоссе, 77, офис 1703

Тел.: (095) 468-8175 Тел./Факс: (095) 913-2300 e-mail: cadfem@online.ru http://www.cadfem.ru

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов учебной работы