454 传 感 技 术 学 报 2003年
压电耦合矩阵。
下面,我们将利用ANSYS工具对一块压电陶瓷片在短路状态(谐振状态)和开路状态(反谐振状态)下压电陶瓷片的耦合模态自然频率状态进行模拟分析。
312 模型的建立和网络划分
¹ 定义单元类型和材料属性:
/PREP7SMART,OFF
ET,1,SOLID5,0 !定义三维固体耦合场单元/com
!材料一般属性定义!压电陶瓷密度!Z轴向的介电常数!铜的弹性模量!铜的泊松比!铜密度
!压电材料参数定义
MP,DENS,3,7600MP,PERZ,3,51841E-9MP,EX,2,1018E10MP,NUXY,2,.35MP,DENS,2,8920TB,PIEZ,3TBDATA,16,1015TBDATA,14,1015TBDATA,3,-411TBDATA,6,-411TBDATA,9,1411TB,ANEL,3
TBDATA,1,1312E10,711E10,713E10TBDATA,7,1312E10,713E10TBDATA,12,1115E10
参数
3 实例分析
311 问题描述和分析
我们所分析的压电陶瓷片是由铜片层和锆钛酸铅压电陶瓷层(PZT)材料两部分组成,压电陶瓷在表
面上附着电极,在厚度方向极化,在压电陶瓷表面形成等势面。边界条件沿圆周边界固定。如图1所示
:
MP,PERX,3,71124e-9!X和Y轴向的介电常数
图1 压电陶瓷片的简化模型
D12mm R=1911mm D2=016mm r=1911mm1=1
材料参数
材料
弹性模量PGPa
铜
压电陶瓷(PZT-4)
106.82
比重Pkg#m-2
89207600
泊松比0.35
TBDATA,16,310E10TBDATA,19,216E10TBDATA,21,216E10
º 模型的建立和网络划分
由于压电陶瓷片的模型在三维上为柱对称的,因此为了简化计算,将压电陶瓷片简化为两个相互联结圆心角为45b的楔形断面(陶瓷、铜片两层)计算,并假定无内部能量耗损,这样可以增加节点和节省内存,缩短计算时间。压电陶瓷片的有限元计算用六面体,八个结点,每个结点具有六个自由度,采用人工划分生成模式。如图2所示:
压电陶瓷材料的刚度矩阵[c]@10N/m:
131971437178000015157143000
000
000
1319000
0002121560021560
00
0012170
-102
00
2
压电矩阵[e]C/m:
001217
-5121511-5120
00009
介电矩阵[E]@10F/m:
图2 模型的建立和网格划分