教育資料（2021-2022年收藏的）用ANSYS軟件分析壓電換能器入門

1、用ANSYS軟件分析壓電換能器入門A：分析過程基本步驟一：問題描述（草稿紙上完成）1：畫出換能器幾何模型，包括尺寸2：選定材料3：查材料手冊確定材料參數(shù)二：建立模型1：根據(jù)對稱性確定待建模型的維數(shù)2：根據(jù)畫出的幾何模型確定關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，給關(guān)鍵點(diǎn)編好號碼3：建立一個文件夾用于當(dāng)前分析4：啟動ANSYS軟件，指定路徑到建立的文件夾，5：定義單元類型壓電換能器分析使用的單元類型： solid5：8個節(jié)點(diǎn)3D六面體耦合場單元（也可縮減為三角柱形單元或四面體單元）。無實(shí)常數(shù)。plane13：4個節(jié)點(diǎn)2D四邊形耦合場單元（也可縮減為三角形單元）。無實(shí)常數(shù)。solid98：10個節(jié)點(diǎn)3D四面體耦合場單元。無實(shí)

2、常數(shù)。Fluid30：8個節(jié)點(diǎn)3D六面體聲學(xué)流體單元（也可縮減為三角柱形單元或四面體單元）。應(yīng)用于近場水和遠(yuǎn)場水。實(shí)常數(shù)為參考聲壓，可缺省。Fluid130：4個節(jié)點(diǎn)面無窮吸收水聲學(xué)流體單元（也可縮減為三角形面單元）。實(shí)常數(shù)：半徑，球心X，Y，Z坐標(biāo)值。6：定義材料參數(shù)對一般均勻各向同性材料要給出材料密度，楊氏模量，泊松系數(shù)。（靜態(tài)分析不用密度）對壓電材料：一般使用的壓電方程：e型壓電方程，因此輸入的常數(shù)為 注意！一般順序?yàn)椋篨X，YY，ZZ，YZ，XZ，XY。在ANSYS中為XX，YY，ZZ，XY，YZ，XZ。因此，前兩矩后三行和后三列要做相應(yīng)變化。7：建立關(guān)鍵點(diǎn)8：把關(guān)鍵點(diǎn)連成線9：把線段

3、圍成面10：通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄉ审w11：指定單元類型和材料參數(shù)12：劃分線段13：劃分體單元14：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，（轉(zhuǎn)換到柱坐標(biāo)系下）15：節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換三：加載約束條件1：加載邊界約束條件2：電極上加電壓四：求解1：模態(tài)分析2：諧響應(yīng)分析五：查看結(jié)果1：查看模態(tài)分析結(jié)果，計算導(dǎo)納。2：各模態(tài)的動態(tài)演示3：查看諧響應(yīng)分析結(jié)果，計算導(dǎo)納、發(fā)射與接收響應(yīng)。六：生成命令流文件1：給程序分塊，添加適當(dāng)?shù)淖⑨?：把相應(yīng)參數(shù)具體值改成變量，同時給變量賦值B：空氣中建模過程一：問題描述彎曲式換能器實(shí)體模型為軸對稱結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示。彎曲式換能器由壓電陶瓷，金屬殼粘結(jié)而成，粘結(jié)材料為環(huán)氧樹脂。由于粘結(jié)層為一薄層，建模的

4、時候可以忽略。本例中金屬殼材料采用鋁，壓電材料選擇壓電陶瓷PZT5。結(jié)構(gòu)參數(shù)對應(yīng)值10mm17mm20mm10mm0.5mm0.5mm3mm二：建立模型1指定工作空間，設(shè)定分析作業(yè)名和標(biāo)題（1）首先建立一個文件夾用于當(dāng)前分析，如D:ANSYSfiles ，路徑當(dāng)中不允許有中文出現(xiàn)。（2）啟動ANSYS9.0軟件，界面如下圖，界面包括實(shí)用菜單，命令輸入窗口，ANSYS工具欄，主菜單欄，圖形窗口，圖形調(diào)整工具欄，標(biāo)準(zhǔn)工具欄。（3）指定工作空間：實(shí)用菜單FileChange Directory ,出現(xiàn)對話框，選擇剛才建立的目錄D:ANSYSfiles，以后操作生成的文件都在此文件夾下。（4）設(shè)定標(biāo)題

5、：實(shí)用菜單FileChange Title，出現(xiàn)對話框，輸入daocheqi Analysis 作為標(biāo)題。點(diǎn)擊ok。（5）保存db（數(shù)據(jù)庫文件）文件：FileSave as ,出現(xiàn)對話框，保存文件名為title.db。（6）定義單位：在ANSYS主界面輸入窗口輸入“/UNITS，Label”其中，Label 指定單位制標(biāo)簽有：USER：用戶自定義單位系統(tǒng)。SI：國際單位，即MKS單位。CGS：CGS單位系統(tǒng)，即cm,g,s,等。MPA：MPA單位系統(tǒng)，即mm,Kg,s,等。BFT：用英尺的單位系統(tǒng)，即ft,slug,s, 等。BIN：用英寸的單位系統(tǒng)，即in,lbm,s, 等。一般采用國際單位

6、：即然后按Enter 即可。 如果不改變單位制，以后默認(rèn)。2定義單元類型 金屬殼采用Solid45 單元，壓電陶瓷采用Solid5 單元。Solid45為結(jié)構(gòu)單元里面的三維塊模型單元。Solid5為三維耦合場單元，因?yàn)閴弘娞沾缮婕暗诫娏︸詈蠁栴}，因此采用此單元類型。(1） 主菜單欄PreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete , 出現(xiàn)對話框，點(diǎn)擊Add鍵，出現(xiàn)對話框，點(diǎn)擊框圖左邊Solid, 選擇右邊框圖中Brick 8node 45，點(diǎn)擊Apply鍵，選定了一種Solid45單元。繼續(xù)點(diǎn)擊框圖左邊Coupled Field, 選擇右邊框圖中Scalar Br

7、ick 5，選定了Solid5單元，點(diǎn)擊ok鍵。從對話框中可以看出我們已經(jīng)定義了solid45和solid5兩種單元類型。點(diǎn)擊close鍵關(guān)閉窗口。（2）保存文件：File-Save as ,出現(xiàn)對話框，保存文件名為 element.db3定義材料參數(shù)查閱材料手冊我們可以得到如下材料參數(shù)。鋁材料參數(shù)：密度，楊氏模量，泊松比。壓電陶瓷PZT5的材料參數(shù)：（ANSYS輸入?yún)?shù)）密度剛度矩陣（也可輸入柔順矩陣）壓電應(yīng)力常數(shù)矩陣介電常數(shù)矩陣也可輸入絕對值（1） 輸入黃銅材料參數(shù)：主菜單欄Preprocessor-Material PropsMaterial Models ,出現(xiàn)對話框，點(diǎn)擊左邊Mate

8、rial Model Number 1 ,點(diǎn)擊右邊FavoritesLinear StaticDensity，出現(xiàn)密度對話框，輸入密度2790，點(diǎn)擊ok。同樣繼續(xù)點(diǎn)擊Linear Isotropic （線性各項(xiàng)同性）輸入泊松比和楊氏模量。輸入7.15e10和0.34，點(diǎn)擊ok。（2）輸入PZT5材料參數(shù)：定義完一種材料參數(shù)之后要定義第二中材料，選擇對話框Define Material Model Behavior 的菜單MaterialNew Model，出現(xiàn)對話框，材料添2（默認(rèn)值也是2），點(diǎn)擊ok。定義第二中材料，首先定義PZT5 的密度。如圖點(diǎn)擊左邊Material Model Numb

9、er 2 ,點(diǎn)擊右邊StructuralDensity，輸入7750，點(diǎn)擊ok。定義剛度矩陣，點(diǎn)擊右邊StructuralLinearElasticAnisotropic,輸入?yún)?shù) D11=12.1e10，D12=7.54e10，D13=7.52e10，D22=12.1e10，D23=7.52e10，D33=11.1e10，D44=2.26e10，D55=2.11e10，D66=2.11e10定義介電常數(shù)矩陣，點(diǎn)擊右邊ElectromagneticsRelative PermittivityOrthotropic,輸入?yún)?shù)PERX=8.11e-9 ,PERY=8.11e-9 ,PZRZ=7.3

10、5e-9定義壓電矩陣：點(diǎn)擊右邊PiezoelectricsPiezoelectric matrix,輸入如下圖（3）保存文件matiral.db。4建立關(guān)鍵點(diǎn)（1）首先在草稿紙上畫出幾何模型，指定好關(guān)鍵點(diǎn)的編號以及結(jié)構(gòu)尺寸。主菜單欄PreprocessorModeling CreateKeypointsIn Actice CS，出現(xiàn)對話框如下圖，根據(jù)指定好的編號即結(jié)構(gòu)尺寸輸入坐標(biāo)。（注意，由于最后要轉(zhuǎn)換到柱坐標(biāo)系下分析，所以y即為旋轉(zhuǎn)方向）輸入坐標(biāo)為：1 (0, 0, 0)2 (0, 0, 0.5e-3)3 (0, 0, 1.0e-3)4 (10e-3, 0,0)5 (10e-3, 0, 0.

11、5e-3)6 (10e-3, 0, 1.0e-3)7 (17e-3, 0, 0)8 (17e-3, 0, 0.5e-3,)9 (20e-3, 0, 0)10 (20e-3, 0, 0.5e-3)11 (20e-3, 0, 10.5e-3)12 (20e-3, 0, 13.5e-3)13 (17e-3, 0, 10.5e-3)14 (17e-3, 0, 13.5e-3)15 (0, 0, 10.5e-3)16 (0, 0, 13.5e-3)輸入完之后我們可以看到圖形窗口中我們所定義的關(guān)鍵點(diǎn) （2）保存文件：keypoints.db5. 把關(guān)鍵點(diǎn)連成線主菜單欄PreprocessorModelin

12、g CreatelinesStraight Line通過鼠標(biāo)選取兩個關(guān)鍵點(diǎn)就可以生成一條線，如此操作，把所有的線都連好，點(diǎn)擊ok。 保存文件：line.db6.把線段圍成面主菜單欄PreprocessorModeling CreateAreasBy Lines通過鼠標(biāo)順時針（逆時針）方向選擇線段圍成一個面積，如此操作，把所有的線都圍成面。保存文件：area.db7. 旋轉(zhuǎn)生成體積，并粘接（1）主菜單欄PreprocessorModeling OperateExtrudeAreasAbout Axis,出現(xiàn)一個對話框，點(diǎn)擊Pick All , 表示全部面都要旋轉(zhuǎn)。之后又出現(xiàn)對話框，要求選擇旋轉(zhuǎn)軸

13、，通過鼠標(biāo)選擇Z軸上的兩個點(diǎn)，比如第1，3兩個點(diǎn)，點(diǎn)擊ok，出現(xiàn)對話框，要求說明旋轉(zhuǎn)的度數(shù)，這里選擇30度模型，輸入30。點(diǎn)擊ok，。 生成如下圖的體。（2） 粘接各部分體積：主菜單欄PreprocessorModeling OperateBooleanGlueVolumes，出現(xiàn)對話框，要求選擇要粘接的體積，這里選擇Pick All 表示所有體積都粘在一起。（3）保存文件：volume.db8指定各部分單元類型以及材料屬性（1）指定金屬殼的單元及材料屬性：主菜單欄PreprocessorMeshingMesh AttributesPicked Volumes 用鼠標(biāo)點(diǎn)中金屬殼的體積單元出現(xiàn)對

14、話框，材料參數(shù)選擇1，單元類型選擇1 SOLID45（2）指定壓電材料的單元及材料屬性：主菜單欄PreprocessorMeshingMesh AttributesPicked Volumes 用鼠標(biāo)點(diǎn)中壓電材料的體積單元出現(xiàn)對話框，材料參數(shù)選擇2，單元類型選擇2 SOLID5（3） 點(diǎn)擊ok ，保存文件material.db9 .劃分線段為了網(wǎng)格單元數(shù)可以控制，我們采用手動劃分網(wǎng)格，而不采用自動網(wǎng)格劃分。（1） 首先對線段劃分，由于體積圖看不清一些線的位置，先顯示線段圖，實(shí)用菜單PlotLines(2) 主菜單PreprocessorMeshingSize CntrlsManualSizeL

15、inesPicked Lines選擇這些線段，（比如壓電片連同金屬殼在壓電片半徑內(nèi)劃分為4單元），出現(xiàn)對話框 ，劃分單元數(shù)填4，表示這些線段都劃分為4個單元，點(diǎn)擊ok， 采用相同的方法劃分其他線段的單元數(shù)目。（為了采用6面體劃分體積單元，注意幾個劃分10格的線段劃分時要求單元數(shù)目一致，當(dāng)然這些線段也可以劃分成10格，但要一致）10.劃分體積單元主菜單PreprocessorMeshingMeshVolumesMapped4 to 6 sided我們采用6面體單元劃分體，這樣我們劃分的網(wǎng)格大小就比較整齊出現(xiàn)對話框，點(diǎn)擊Pick All，表示所有體積都按6面體單元劃分。（4）保存文件：meshvo

16、lume.db11轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系 把坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到柱坐標(biāo)系下，有利于加載約束條件。實(shí)用菜單WorkPlaneChange Active CS to Global Cylindrical保存文件：changecys.db12節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換 把劃分網(wǎng)格后生成的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到柱坐標(biāo)系下，使得后續(xù)的求解過程計算速度更快。主菜單欄PreprocessorModeling CreateNodesRotate Node CSTo Active CS ，出現(xiàn)對話框，點(diǎn)擊Pick All保存文件：changenodes.db三：加載約束條件1.加載邊界約束條件（1） 旋轉(zhuǎn)方向固定主菜單欄PreprocessorLoadsDef

17、ine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Areas 用鼠標(biāo)選定如下的幾個面，點(diǎn)擊ok出現(xiàn)對話框，點(diǎn)擊UY，表示在Y方向，在柱坐標(biāo)系下也即旋轉(zhuǎn)方向固定，點(diǎn)擊ok(2) 旋轉(zhuǎn)軸固定主菜單欄PreprocessorLoadsDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Lines選擇軸線， 點(diǎn)擊ok。出現(xiàn)如下對話框，選擇UX，表示固定其X方面，即在徑向上不移動。保存文件：loaddisp.db2 .加載電壓 給壓電陶瓷加上電壓，我們給定陶瓷下底面為0V ，陶瓷上底面為1V 。主菜單欄PreprocessorLoadsDefi

18、ne LoadsApplyElectricBoundaryVoltageOn Areas選擇陶瓷下底面，如下出現(xiàn)對話框，要求輸入電壓值，電壓值填0V用同樣的方法選擇陶瓷上底面，加1V的電壓。保存文件：loadele.db四 求解1 .模態(tài)分析（1）選擇分析類型：主菜單SolutionAnalysis TypeNew Analysis點(diǎn)擊選擇模態(tài)分析選項(xiàng)Modal，點(diǎn)擊ok(2)分析參數(shù)設(shè)定：主菜單SolutionAnalysis TypeAnalysis Options, 設(shè)定求解模態(tài)數(shù)目為8點(diǎn)擊ok，出現(xiàn)對話框，頻率范圍可以不設(shè)定，直接點(diǎn)擊ok（3）進(jìn)入求解：主菜單SolutionSolve

19、Current LS ，表示采用當(dāng)前約束條件進(jìn)行求解出現(xiàn)下面兩個提示，分別點(diǎn)擊ok和yes。程序進(jìn)行求解，求解完成之后出現(xiàn)求解完畢提示，表示求解完成。保存文件:solve.db五 查看結(jié)果1 查看模態(tài)結(jié)果主菜單General PostprocResults Summary，我們可以看出求出的前8階模態(tài)分別為：0Hz，4268.9Hz，19476Hz，21172Hz，51261Hz，58121Hz，58445Hz ，73133Hz。2. 動態(tài)演示模態(tài)結(jié)果(1） 讀取模態(tài)結(jié)果讀取第1階模態(tài)結(jié)果：主菜單General PostprocRead ResultsFirst Set 實(shí)際上，由于模型未在Z

20、方向加位移限制條件，故第階1模態(tài)頻率為零，只作平動。（2） 動態(tài)演示第2階模態(tài)的振動形態(tài)讀取模態(tài)結(jié)果讀取第2階模態(tài)結(jié)果：主菜單General PostprocRead ResultsNext Set ,實(shí)用菜單PlotCtrlsAnimateMode Shape點(diǎn)擊之后出現(xiàn)對話框?qū)赢嬤M(jìn)行參數(shù)設(shè)置，我們采用默認(rèn)參數(shù)， 點(diǎn)擊ok將會出現(xiàn)第2階模態(tài)的振動形態(tài)動畫。 也可選擇Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsDeformed Shape 命令，彈出對話框選擇Def+undef edge ,單擊OK得到變形圖六 生成命令流文件以上步驟都是在圖形操作下完成的，但由

21、于采用圖形操作來建模效率太低，而且不易于改變參數(shù)（結(jié)構(gòu)參數(shù)，材料參數(shù)和網(wǎng)格參數(shù)等），因此我們有必要采用文本編程的方法來建模和求解。ANSYS軟件提供了這方法，但是要完全掌握ANSYS編程語言相對比較困難，而采用圖形操作建模過程中，軟件會按照圖形操作過程生成相應(yīng)的文本命令，稱之為命令流文件（.lgw）。因此我們在圖形操作建模之后生成命令流文件，然后對命令流文件進(jìn)行編輯整理，分塊，具體參數(shù)變量化(如軸對稱模型只分析圓柱的一定角度，電極給定電壓，劃分線網(wǎng)格數(shù))等等操作之后，再由軟件讀入該文件就可以得到我們所要求解的東西。1 生成.lgw文件 實(shí)用菜單FileWrite DB log file ，輸入

22、docheqi.lgw文件名。（用藍(lán)色字表示注釋，紅色標(biāo)注提請注意）2 編輯命令流文件注意：所有以“！”開始的語句為注釋語句，并不參加執(zhí)行，可以去掉。/BATCH ! /COM,ANSYS RELEASE 8.0 UP20030930 17:45:52 09/16/2004 /TITLE,normal cymbal/PREP7 ET,1,SOLID45 ！定義第一種單元ET,2,SOLID5 ！定義第二種單元!*!*! SAVE, element,db,D:ANSYSfilesdocheqi Analisis !material1金屬殼材料mat1dens=2790 ！鋁密度mat1yang=

23、7.15e10 ！鋁楊氏模量mat1person=0.34 ！鋁泊松比!material3壓電體材料PZT5mat2dens=7750 ！密度c11=12.1e10 ！彈性常數(shù)矩陣c12=7.54e10c13=7.52e10c22=12.1e10c23=7.52e10c33=11.1e10c44=2.26e10c55=2.11e10c66=2.11e10e13=-5.4 ！壓電常數(shù)矩陣e23=-5.4e33=15.8e52=12.3e61=12.3fx=0.811e-8 ！介電常數(shù)矩陣fy=0.811e-8fz=0.735e-8!structural幾何結(jié)構(gòu)參數(shù) r1=10e-3 ！陶瓷片半徑

24、r2=17e-3 ！鋁殼內(nèi)半徑r3=20e-3 ！鋁殼外半徑tj=0.5e-3 ！雙迭片中鋁片厚度h=10e-3 ！鋁殼內(nèi)腔深度ty=0.5e-3 ！壓電片厚度td=3e-3 ！鋁殼底厚度theta=30 ！分析換能器的旋轉(zhuǎn)角! meshline網(wǎng)格分線控制tcbj=4lvbj=4bhow=2hudu=10dibj=10dihow=4shen=8!volut control電壓控制voltvalue=1 ! MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,mat1yang ！鋁楊氏模量MPDATA,PRXY,1,mat1person ！鋁泊松比MPTEMP, MPTEMP,1,0

25、 MPDATA,DENS,1,mat1dens ！鋁密度! MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,2,mat2dens ！壓電材料密度TB,ANEL,2,1,21,0TBTEMP,0TBDATA,c11,c12,c13, ！壓電材料彈性系數(shù)TBDATA,c22,c23,c33 TBDATA,c44, TBDATA,c55,c66, MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,PERX,2,fx ！壓電材料介電常數(shù)MPDATA,PERY,2,fy MPDATA,PERZ,2,fz TB,PIEZ,2,0 TBMODIF,1,1,TBMODIF,1,2,TBMODI

26、F,1,3,e13 ！壓電材料壓電常數(shù)TBMODIF,2,1,TBMODIF,2,2,TBMODIF,2,3,e23TBMODIF,3,1,TBMODIF,3,2,TBMODIF,3,3,e33TBMODIF,4,1,TBMODIF,4,2,TBMODIF,4,3,TBMODIF,5,1,TBMODIF,5,2,e52TBMODIF,5,3,TBMODIF,6,1,e61TBMODIF,6,2,TBMODIF,6,3,! SAVE, matiral constant,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis !K,1,0,0,0, ！定義關(guān)鍵點(diǎn)K,2,0,0,tj, K,

27、3,0,0,tj+ty, K,4,r1,0,0, K,5,r1,0,tj, K,6,r1,0,tj+ty, K,7,r2,0,0, K,8,r2,0,tj, K,9,r3,0,0,K,10,r3,0,tj,K,11,r3,0,tj+h,K,12,r3,0,tj+td+h,K,13,r2,0,tj+h,K,14,r2,0,tj+td+h,K,15,0,0,tj+h,K,16,0,0,tj+td+h,!SAVE,keypoint,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis! LSTR, 1, 2 ！關(guān)鍵點(diǎn)連線LSTR, 2, 3 LSTR, 4, 5 LSTR, 5, 6 LS

28、TR, 7, 8LSTR, 9, 10LSTR, 10, 11LSTR, 11, 12LSTR, 8, 13LSTR, 13, 14LSTR, 15, 16!2 LSTR, 1, 4 LSTR, 4, 7 LSTR, 2, 5 LSTR, 5, 8LSTR, 3, 6LSTR, 7, 9LSTR, 8, 10LSTR, 15, 13LSTR, 13, 11LSTR, 16, 14LSTR, 14, 12! SAVE, line,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis !FLST,2,4,4 ！線圍成面FITEM,2,1 FITEM,2,12 FITEM,2,3 FITE

29、M,2,14 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,2 FITEM,2,14 FITEM,2,4 FITEM,2,16 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,13 FITEM,2,5 FITEM,2,15 FITEM,2,3 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,5 FITEM,2,17 FITEM,2,6 FITEM,2,18 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,9 FITEM,2,18 FITEM,2,7 FITEM,2,20 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,10 FITEM,2,20 FITEM,2,

30、8 FITEM,2,22 AL,P51X FLST,2,4,4 FITEM,2,11 FITEM,2,19 FITEM,2,10 FITEM,2,21 AL,P51X ! SAVE, area,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis FLST,2,7,5,ORDE,2 ！面旋轉(zhuǎn)成體FITEM,2,1 FITEM,2,-7 FLST,8,2,3 FITEM,8,1 FITEM,8,16 VROTAT,P51X, , , , , ,P51X, , theta, , ！旋轉(zhuǎn)角度! SAVE, volume,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis FLS

31、T,2,7,6,ORDE,2 !粘結(jié)體各部分FITEM,2,1 FITEM,2,-7 VGLUE,P51X ! SAVE, glue,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis FLST,5,6,6,ORDE,3 FITEM,5,1 FITEM,5,3 FITEM,5,-7 CM,_Y,VOLU VSEL, , , ,P51X CM,_Y1,VOLU CMSEL,S,_Y CMSEL,S,_Y1 VATT, 1, , 1, 0 ！指定金屬殼材料為第一種單元，第一種材料屬性CMSEL,S,_Y CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CM,_Y,VOLU VSEL, , ,

32、 , 2 CM,_Y1,VOLU CMSEL,S,_Y CMSEL,S,_Y1 VATT, 2, , 2, 0 ！指定壓電材料為第二種單元，第二種材料屬性CMSEL,S,_Y CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 ! SAVE, matiral,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis FLST,5,6,4,ORDE,6 FITEM,5,12 FITEM,5,14 FITEM,5,16 FITEM,5,23 FITEM,5,25 FITEM,5,28 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1,

33、 , ,tcbj, , , , ,1 ！劃分線段網(wǎng)格FLST,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,13 FITEM,5,15 FITEM,5,31 FITEM,5,33 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,lvbj, , , , ,1 ！劃分線段網(wǎng)格FLST,5,8,4,ORDE,8 FITEM,5,17 FITEM,5,-18 FITEM,5,20 FITEM,5,22 FITEM,5,36 FITEM,5,38 FITEM,5,42 FITEM,5,47 CM,_Y,LINE LSEL, , ,

34、 ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,bhow, , , , ,1 ！劃分線段網(wǎng)格FLST,5,11,4,ORDE,11 FITEM,5,26 FITEM,5,-27 FITEM,5,30 FITEM,5,34 FITEM,5,-35 FITEM,5,39 FITEM,5,-40 FITEM,5,44 FITEM,5,-45 FITEM,5,49 FITEM,5,-50 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,hudu, , , , ,1 ！劃分線段網(wǎng)格FLST

35、,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,19 FITEM,5,21 FITEM,5,51 FITEM,5,-52 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,dibj, , , , ,1 ！劃分線段網(wǎng)格FLST,5,5,4,ORDE,5 FITEM,5,8 FITEM,5,10 FITEM,5,-11 FITEM,5,46 FITEM,5,48 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,dihow, , , , ,1 ！劃分線

36、段網(wǎng)格FLST,5,4,4,ORDE,4 FITEM,5,7 FITEM,5,9 FITEM,5,41 FITEM,5,43 CM,_Y,LINE LSEL, , , ,P51X CM,_Y1,LINE CMSEL,_Y LESIZE,_Y1, , ,shen, , , , ,1 ！劃分線段網(wǎng)格! SAVE, meshline,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis FLST,5,7,6,ORDE,2 ！劃分體網(wǎng)格FITEM,5,1 FITEM,5,-7 CM,_Y,VOLU VSEL, , , ,P51X CM,_Y1,VOLU CHKMSH,VOLU CMSEL,S

37、,_Y MSHAPE,0,3d MSHKEY,1VMESH,_Y1 MSHKEY,0CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 ! SAVE, meshvolume,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis CSYS,1 ！轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系到柱坐標(biāo)系下! SAVE, changecys,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis FLST,2,1697,1,ORDE,2 ！轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)到柱坐標(biāo)系下FITEM,2,1 FITEM,2,-1697 NROTAT,P51X ! SAVE, changenodes,db,D:ANSYSFILESdoc

38、heqi Analisis !NSEL,S,LOC,Y,0 ！邊界約束條件DSYM,SYMM,Y,1 NSEL,S,LOC,Y,30DSYM,SYMM,Y,1 NSEL,S,LOC,X,0 DSYM,SYMM,X,1 ! SAVE, loaddisp,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis !NSEL,S,LOC,Z,tj+ty ！給壓電材料表面加電壓NSEL,R,LOC,X,0,r1 CP,1,VOLT,ALL *GET,N1,NODE,NUM,MIN D,N1,VOLT,voltvalue ！給定一電極電壓值NSEL,S,LOC,Z,tjNSEL,R,LOC,X,0

39、,r1 D,ALL,VOLT,0 ！給定另一電極電壓值NSEL,ALL! SAVE, loadele,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis FINISH /SOLU ！求解ANTYPE,2 ！進(jìn)行模態(tài)分析MSAVE,0 MODOPT,LANB,8 ！計算前8個模態(tài)EQSLV,SPAR MXPAND,0, , ,0 LUMPM,0 PSTRES,0MODOPT,LANB,8,0,0, ,OFF SOLVE ! SAVE, solve,db,D:ANSYSFILESdocheqi Analisis C：水中建模過程 （蘭色字部分操作方法見后面附錄） 水中建模過程與空氣中建

40、模過程基本相同，由于換能器置于無限介質(zhì)水中，ANSYS設(shè)置了近場水、遠(yuǎn)場水和邊界水，其中，近場水只需設(shè)置在換能器近處周圍，將換能器包圍，遠(yuǎn)場水必須滿足遠(yuǎn)場條件，邊界水處于遠(yuǎn)場外邊界，為全吸收層。 例如：雙疊片換能器在水中的諧響應(yīng)分析命令流文件如下：/BATCH ! /COM,ANSYS RELEASE 9.0 UP20041104 23:25:18 06/06/2006 /TITLE,head!material1金屬材料mat1dens=2790mat1yang=7.15e10mat1person=0.34!material3壓電體材料PZT4mat2dens=7550c11=13.9e10c

41、12=7.78e10c13=7.43e10c22=13.9e10c23=7.43e10c33=11.5e10c44=3.06e10c55=2.56e10c66=2.56e10e13=-5.2e23=-5.2e33=15.1e52=12.7e61=12.7fx=0.328e-8fy=0.328e-8fz=0.562e-8!material3近場水mat3dens=1000 ！水密度sonc3=1480 ！水中聲速mu3=0 ！吸收系數(shù)!material4遠(yuǎn)場水mat4dens=1000sonc4=1480mu4=0!structura5邊界水mat5dens=1000sonc5=1480mu5=

42、1! 結(jié)構(gòu)參數(shù)h1=0.002h2=0.010h3=0.001h4=0.0005h5=0.0005h6=0.007r1=0.012r2=0.015r3=0.0075r4=0.011r5=0.025r6=0.050h7=r6*(h1+h2+h3+h4-h6)/r2h8=r6*(h1+h2+h3+h4+r5-h6)/r2h9=r6*(h1+h2+h3+h4+r5-h6)/r1h10=r6*(h1+h2+h3+h4+r5-h6)/r4h11=r6*(h1+h2+h3+h4+r5-h6)/r3h12=r6*(h1-h6)/r2h13=-r6*h6/r2h14=-r6*h6/r1theta=45 ！ 繞

43、軸旋轉(zhuǎn)45度!電壓控制參數(shù)voltvalue=1!網(wǎng)格劃分控制參數(shù)tcbj=20ouco=1sdpd=3dbj=20bhw=4wqs=18wqx=12hudu=20dihw=6sdps=12sdpx=2tchw=4ys=20js=12!單元類型/PREP7 ET,1,SOLID45ET,2,SOLID5 ET,3,FLUID30 KEYOPT,3,2,0 ！單元類型號，任意值，近場水0遠(yuǎn)場水1ET,4,FLUID30KEYOPT,4,2,1ET,5,FLUID130 !實(shí)參量 R,1,20e-6, ！近場水實(shí)常數(shù)，任意號，參考壓力R,2,20e-6, ！遠(yuǎn)場水實(shí)常數(shù)，任意號，參考壓力R,3,r

44、6,0,0,0, ！邊界水實(shí)常數(shù)，半徑，中心坐標(biāo)X，Y，Z值! SAVE, definerealconstants,db,D:ANSYSFILES1030WATERNEW !金屬材料 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,mat1dens MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,mat1yangMPDATA,PRXY,1,mat1person!壓電片MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,2,mat2dens TB,ANEL,2,1,21,0TBTEMP,0TBDATA,c11,c12,c13, TBDATA,c22,c23,c33 TBDATA,c44, TBDATA,c55,c66, MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,PERX,2,fx MPDATA,PERY,2,fy MPDATA,PERZ,2,fzTB,PIEZ,2,0 TBMODIF,1,1,TBMODIF,1,2,TBMODIF,1,3,e13TBMODIF,2,1,TBMODIF,2,2,TBMODIF,2,3,e23TBMODIF,3,1,TBMODIF,3,2,TBMODIF,3,3,e33TBMODIF,4,1,TBMODIF,4,2,TBMODIF,4,3,TBMODIF,5,1,TBMODI