请教hy1966等老师压电仿真问题

tg3222138

hy1966等老师：
     您们好！   
    不好意思，发邮件麻烦您。我在做一项目，要用ANSYS仿真压电能量采集器，碰到的问题见附件文档中。这些问题已经困扰了我很久，想了很多办法也解决不了，所以来麻烦老师您们，望老师百忙之中帮我解解惑，非常感谢！
     此致
敬礼！

hy1966

1、有错误，加电压负载时，节点不知当前选择的范围内，改放在耦合、提取节点后面就行了，不会有那么大差距的。单元数太多时，运行不了很正常。
2、你自己再试试看

tg3222138

hy1966老师，谢谢您的回复，但我以您的修改方法，得到结果还是一样的，请老师再帮我看看，急，谢谢！

hy1966

/prep7
! PZT-5H 材料特性参数
mp,DENS,1,7500                 ! 密度, kg/m**3
mp,perx,1,1100                 ! 介电常数
mp,pery,1,1100
mp,perz,1,827

tb,ANEL,1                        ! 弹性劲度系数, N/m^2
tbdata,1,13.2E10,7.1E10,7.31E10  ! c11,c12,c13
tbdata,7,13.2E10,7.3E10          ! c11,c33
tbdata,12,11.5E10                ! c33
tbdata,16,3.0E10              ! c44
tbdata,19,2.6E10              ! c44
tbdata,21,2.6E10              ! c66

tb,PIEZ,1                      ! 压电（应力）常数, C/m^2
tbdata,3,-5.2                  ! e13
tbdata,6,-5.2                 ! e23
tbdata,9,15.1                 ! e33
tbdata,14,12.7                ! e52
tbdata,16,12.7                ! e61

!定义主结构的材料参数
mp,dens,2,2300       !定义SI层材料参数  
MP,EX,2,130e9
MP,nuxy,2,0.27
mp,dens,3,8900       !定义NI层材料参数  
MP,EX,3,180e9
MP,nuxy,3,0.3


!定义几何模型尺寸
!压电层几何模型 (L1=3000um W1=600um H1 = 2um)
L1=3000e-6
W1=600e-6
H1=2e-6
!SI层几何模型 (L2=3000um W2=600um H2 = 10um)
L2=3000e-6
W2=600e-6
H2=10e-6
!NI质量块尺寸（L3=600um W3=600um H3=500um)
L3=600e-6
W3=600e-6
H3=500e-6   

block,0,L2,0,W2,0,H2                  !SI层
block,0,L2,0,W1,H2,H2+H1              !PZT层
block,L2-L3,L2,0,W3,0,H3+H2+H1        !NI层
vovlap,all                            !将梁同压电片粘结
!定义有限元结构
et,1,solid5,3                 !定义压电单元
et,2,solid45                  !定义主结构单元

!进行网格划分
LESIZE,ALL,3e-5, , , ,1, , ,1,
mat,1 $ type,1   !压电片网格划分
Vmesh,7,8,1
mat,2 $ type,2   !SI层网格划分
Vmesh,4,5,1
mat,3 $ type,2   !质量块网格划分
vmesh,6

nsel,s,loc,z,H2               !定义下层电极
cp,1,volt,all
*get,n_bot,node,0,num,min
d,n_bot,volt,0
nsel,s,loc,z,H2+H1,H1+H2+H3   !定义上层电极
cp,2,volt,all
*get,n_top,node,0,num,min
d,n_top,volt,0

nsel,s,loc,x,0
d,all,ux,0,,,,uy,uz
nsel,all
fini

/solu
antype,modal
modopt,lanb,3
mxpand,3
solve
fini

hy1966

单元类型也要匹配，非压电相solid45
结果：1  149.79            3  1757.8   

1g的最大电压约0.6V      

tg3222138

谢谢hy1966老师的回复,因为最近几天在外地出差,无法登陆ANSYS.看了您列出的命令流,我想请教下,
1)下层电极设为0,上电极不是耦合就可以吗,为什么上电极也要设为0呢?这样的话,怎么得到偕响应的电压,那不也是0吗?
2)不知道hy1966老师帮我验证了LESIZE,ALL,3e-5, , , ,1, , ,1, 该命令流中的3e-5这个值,是不是改变一下大小,得出来的固有频率还是相差较大?
     再一次感谢hy1966老师的热心帮助,有您们,该论坛更精彩!

tg3222138

谢谢hy1966老师的指导，我试过程序了，主要还是单元问题，将SOLID95改为SOLID45，就没问题啦，谢谢

tg3222138

学生不才，还想请教下，单元的选择一般是靠经验吗，我怎么判定应该选什么单元呢？请教hy1966老师，再一次感谢！

hy1966

1、有些选择是有原则的，书上应该可以找到
2、经验很重要，就个别来说不同的做法，可能殊途同归，比如上面也可以把压电改为高次单元

Josephysis

楼主，能给个邮箱吗，我的是raychanw@126.com目前我也跟你做差不多的东西，只是结构不一样，我刚开始做，当中也遇到了很多问题，主要是苦于没人可以询问，真的好痛苦，你是过来人，希望你能帮帮我

笨阿三

5# hy1966 hy1966老师，您好，我目前在做的压电分析内容跟该楼主差不多，但是我不懂命令流，想请教一下怎么在压电陶瓷层上表面进行电极耦合？另外怎么加载一个半正弦的加速度激励啊？

tolly8210

Piezo Energy Harvester 已经研究好几年了，已经开始商业化了。楼主和上面的几位纯粹做压电悬臂梁的理论和FEA已经没有太多originality。两年前用abaqus 和 ansys做过类似分析，可以参考：
http://research-tlh.appspot.com/docs/journal1.pdf
http://research-tlh.appspot.com/docs/journal2.pdf
现在个人关注的是怎样扩大harvester的采集频率范围, 那样才有实际应用前景。有兴趣大家可以交流，qq: 88049387

tolly8210

12# tolly8210

Equivalent Circuit Modeling of Piezoelectric Energy Harvesters


Vibration Energy Harvesting Using Macro-Fiber Composites



System-Level Modeling of Piezoelectric Energy Harvesters