压电驱动风机叶片的模拟

压电性——指的是发生在压电材料结构和电场之间的耦合属性。对压电材料施加电压可以使其产生位移,同时振动压电材料可以产生电压。

压电耦合是一些单晶体的自然特性,如:石英、铁电陶瓷(PZT)、压电聚合物(PVDF)。直接的压电耦合可以把机械能转换为电能,而反压电耦合则是将电能转换为机械能。

在压电分析中,结构场和准静电场通过压电常数耦合。

压电驱动风机叶片的模拟的图1

问题描述

一压电驱动的风机叶片结构如下,分析其模态及在115伏60Hz下的响应。

压电驱动风机叶片的模拟的图2

压电驱动风机叶片真实模型

 压电驱动风机叶片的模拟的图3

压电驱动风机叶片几何模型

模态分析

设置各个部件的材料属性,尤其压电材料。在Engineering Data中,创建新的材料命名为“Piezo”,密度输入为7500kg m^-3,以表格的形式输入压电材料的各向异性弹性模量。

压电驱动风机叶片的模拟的图4

对两块压电晶片零件赋予Piezo材料属性,同时在Piezo2 body顶部上建议一个y轴反转的局部坐标系作为压电极化方向。

压电驱动风机叶片的模拟的图5

设置面尺寸及体尺寸,网格划分如下:

压电驱动风机叶片的模拟的图6

在分析设置明细中Options的Max Modes to Find输入3,其余保持默认;FR4板上的两圆孔面施加固定约束。

压电驱动风机叶片的模拟的图7

插入Piezoelectric Body对两压电晶片零件添加压电属性如下:

压电驱动风机叶片的模拟的图8

插入Voltage对下面的压电晶片底部添加0电压值;同时对两压电晶片零件的接触面添加Voltage Coupling。

压电驱动风机叶片的模拟的图9

求解得到前三阶频率为60Hz、340Hz、352Hz,振型如下:


压电驱动风机叶片的模拟的图10

压电驱动风机叶片的模拟的图11

压电驱动风机叶片的模拟的图12

谐响应分析

谐响应分析的边界条件在模态分析的基础上,再在上部压电晶片部件的顶面添加电压115V

压电驱动风机叶片的模拟的图13

采用完全法进行分析,扫频范围为59Hz到61Hz,间隔为20;刚度系数通过阻尼vs频率添加,频率60Hz时对于阻尼系数为0.01.

压电驱动风机叶片的模拟的图14

求解得到压电风机叶片尖端的频域响应,右击频域响应结果,选择create contour result,创建最大振幅对应的位移结果。

压电驱动风机叶片的模拟的图15

压电驱动风机叶片的模拟的图16



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