Перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с правилами форума.

Workbench ACT(акустика+пьезо)

9 сообщений / 0 новое
Последняя публикация
German
Аватар пользователя German

Добрый день, коллеги.

Вычисляю в Ansys.Workbench ACT(акустика+пьезо) - гармонический анализ. Расчетная модель (приемник акустических колебаний) включает мембрану, закрепленную по периметру, и два пьезокерамических диска, установленных сверху и снизу на мембране. Пьезоэлементы поляризованы по нормали к мембране. На эту конструкцию сверху падает плоский фронт акустической волны. Под действием акустической волны пьезоэлементы с частотой акустического давления испытывают объемную деформацию, кроме того, вместе с мембраной они совершают ещё и изгибную деформацию.

Посчитал Total Deformation мембраны и пьезоэлементов, акустическое давление на них и амплитуды электрического напряжения отдельно на каждом пьезоэлементе.

Посмотрел графики - зависимость от фазы (два периода - 720 градусов) деформации отдельно мембраны, верхнего и нижнего пьезоэлементов (см. в дереве Solution --Total Deformation -- Insert -- Phase Response – Deformation - plot)

Электрические напряжения на пьезоэлементах отличаются по фазе. Разность фаз между ними неизвестна, Её можно было бы получить из графиков, но непонятно как их получить.

 Вопрос: как получить графики, аналогичные деформации, для электрического напряжения на каждом из пьезоэлементов?

С уважением, Герман.

Klyavlin
Аватар пользователя Klyavlin

Давайте посмотрим на графики деформации и напряжения на элементах.
 

German
Аватар пользователя German

Графики деформации (для направлений Xaxis и Zaxis) построены в Матлабе по вычисленным результатам, отображаемых в таблицах Tabular Data.

Прицепил также анимации деформации и электрического напряжения

German
Аватар пользователя German

.

Klyavlin
Аватар пользователя Klyavlin

Как построить в Mechanical не подскажу, но мне кажется, что частота напряжения соответствует частоте деформации мембраны, амплитуда вам известна

German
Аватар пользователя German

Добрый день, Алексей.

Да, конечно, частота известна.  Жаль, что фазы не вычислить.  Тогда может, хотя бы суммарное электрическое напряжение на пьезоэлементах вычислить.  Посмотрите, можно ли так его вычислить?

Немного пояснений. Устройство представляет собой мембрану, с обеих сторон которой закреплены пьезоэлементы, представляющие собой тонкие диски из пьезокерамики, поляризованной по нормали к мембране. Пьезоэлементы по отношению к мембране имеют нижнюю (лежит на мембране) и верхнюю, т.е. внешнюю поверхности. Соединение нижних поверхностей через металл мембраны реализует последовательное электрическое соединение пьезоэлементов. Суммарное электрическое напряжение пьезоэлементов измеряется между верхними поверхностями. Это так делается в реальном устройстве.

Выполним в расчетной модели последовательное электрическое соединение пьезоэлементов. В дереве Geometry активизируем только пьезоэлементы. Далее: Harmonic Response (A5) – Electric BCs – Voltage Coupling – выберем только нижние поверхности пьезоэлементов – Apply.

Выполним в расчетной модели измерение суммарного электрического напряжения. Solve (A6) – Electric Results – Voltage -- выберем только верхние (внешние) поверхности пьезоэлементов -- Apply. 

Скажите, пожалуйста, так будет правильно?

С уважением, Герман.

 

Klyavlin
Аватар пользователя Klyavlin

Герман, все выглядит правдоподобно. Меня смущает поляризация по нормали и соответственно поверхности, которые вы используете для моделирования последовательного соединения элементов (cp volt). Я бы убедился в том, что выбранная конфигурация поверхностей для CP и измерения дают большее напряжение.

German
Аватар пользователя German

Добрый день, Алексей.

Такая поляризация выбрана специально. При последовательном соединении этих пьезоэлементов, на самом деле, получается не сумма их напряжений, а разность.

Дело в том, что мембрана с пьезоэлементами устанавливается поперек отрезка трубы. За счет разности хода акустических волн к пьезоэлементам устройство приобретает свойства направленности. Максимальное напряжение получается при направлении оси отрезка трубы на источник акустических волн, когда разность хода составляет пол длины волны. В случае, когда ось трубы перпендикулярна направлению на источник волн, результирующее напряжение, снимаемое с двух пьезоэлементов, должно равняться нулю.  По крайней мере, так работает реальное устройство.  Смысл вычислений состоит в оптимизации геометрии элементов устройства.

С уважением, Герман.

German
Аватар пользователя German

Приветствую, коллеги. 

Подгружаю данные об используемых в расчетной модели материалах:  File -- Import Engineering Data – загружаю файл piezo_electric.xml  Полученную матрицу Anisotropic Elasticity корректирую под выбранную пьезокерамику. 

Вопрос: можно ли откорректированную матрицу сохранить (разумеется, под новым именем), чтобы следующий раз загрузить её и не заниматься корректировкой?

С уважением, Герман

Тема закрыта