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Wie weiter Unten erwähnt schreibe ich gerade meine Diplomarbeit und versuche elektrostatisch-strukturelle Vorgänge zu simulieren.

Zur Zeit probiere ich gerade den 3. Ansatz aus, komme aber zu keiner Lösung:

Zuerst habe ich es direkt mit Transducerelementen versucht, die Lösung konvergiert in diesem Fall aber nicht. In der Hilfe steht, dass man dann enger meshen soll. Dann ist leider die maximale Knotenanzahl der Unilizenz erreicht.

Der nächste Versuch war der MFS (Multi-field Solver), bei dem das strukturelle und das elektrostische getrennt erstellt und berechnet werden. Über eine gemeinsame Oberfläche wird dann die Kraft, bzw. die Auslenkung übergeben. Das klappt auch wunderbar nur leider nur für statische Simulationen. Harmonisch oder transiente Analysen waren nicht hinzubekommen.

Mein letzter Versuch war der Ansatz über das ROM (Reduced Order Model). Dabei wird das Modell schrittweise erstellt (Struktur, Generation Pass, Use Pass und Expension Pass). Es ist extra für Anwendungfälle wie meinen entwickelt und soll angeblich alles das können, was ich möchte.
Trotzdem wirft einer der Befehle, die beim erstellen verwendet werden eine Fehler aus (Morphing failure). Dieser Fehler ist für mich nicht nachzuvollziehen und daher bin ich mal wieder an einem toten Punkt.

Gibt es irgendwelche Erfahrungen mit (funktionierender) Multiphysik? Vielleicht sogar mit Elektrostatik? Wie kriegt man solche Problem in den Griff und gibt es vielleicht eine Realisierungsmöglichkeit, an die ich nicht gedacht habe?

Besten Dank schonmal!

Gruß

Sebastian Sommer

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Hallo Sebastian,

auch auf die Gefahr hin das ich Dir nicht zum Erfolg verhelfe (Zeitmangel und wenig Einsatz der angesprochenen TRANSx Elemente:

welche Analysetypen sind zwingend (statisch, modal, harm, transient): da dies die Auswahl/Strategie beeinflusst. Sind grosse Verschiebungen, Verformungen erforderlich. Ist die Erzeugung elektrischer Energie aus mechanischer Verschiebung erforderlich ?

Wenn das zu klaeren ist (bevor man beginnt, zwischendrin aendern heist ggf neu anfangen) ist man schon mal an der Startlinie.

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Gruesse,
Frank Exius

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Ich brauche zumindest statische, harmonische und transiente Analysemöglichkeiten (Im schlimmsten Fall kann ich auf die harmonische verzichten).
Es sind große Verschiebungen und Verformungen nötig.
Was ich am Ende haben möchte ist folgendes:

Ich habe eine schwingfähige Struktur und auf beiden Seiten eine Kapazität. Die eine Seite rege ich mit einer Frequenz an und auf der anderen Seite schicke ich ein Signal durch die Kapazität. Dieses Signal wird dadurch, dass die Kapazität zeitlich veränderlich ist ebenfalls verändert (verstärkt, Frequenzänderung...). Ich muss dabei nich alles in ANSYS machen. Mir würde es reichen das Schwingverhalten der Struktur anzugucken. Der Königsweg scheint mir dabei das ROM zu sein. Leider hat das bisher nicht geklappt.

Zum Transelement:
Als ich es damit versucht habe, habe ich das Trans109-Element genutzt. Das Trans126-Element hat bei mir nicht geklappt, weil die Kapazitätsänderung in meinem Modell nicht durch die Änderung eines Abstandes sondern durch die Änderung eines Flächen-Überlapps zustande kommt (Kammantrieb).

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Das Trans126-Element hat bei mir nicht geklappt, weil die Kapazitätsänderung in meinem Modell nicht durch die Änderung eines Abstandes sondern durch die Änderung eines Flächen-Überlapps zustande kommt (Kammantrieb):

so wie ich es verstehe wird bei erzeugen C=f(s) aus Serie von elektrostatischen Analysen und CMATRIX Nutzung, C als wegabhaengig veraenderlich extrahiert, auch wenn C=f(A(s)) darin aus Flaechenaenderung Elektroden resultiert.

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Danke für die Antwort. Das Trans126-Element habe ich noch nicht vollständig durchschaut. In der Hilfe steht zwar, dass man das für Comb Drives nutzen kann, aber das Beispiel mit einem Combdrive ist mit Trans Trans109 realisiert.
Mir ist nicht klar, wie und wo ich dieses Element benutzte. Bisher bin ich nur auf das emtgen-Macro gestoßen. Dieses Macro setzt aber vorraus (soweit ich das verstanden habe), dass eine Seite der Kapazität eine Ebene ist. Bei mir ist die Kapazität aber kammartig (bzw. Hufeisenförmig wenn man nur einen Finger betrachtet). Wo brige ich also meine Transducerelmente an? An den Spitzen der Finger? Dann scheint mir der Angriffspunkt der Kraft falsch zu sein. An den Seiten der Finger? Wenn ich das Elemnt richtig verstanden habe, ich dann die Richtung der Kraft falsch.
Automatisches verteilen geht auch nicht, weil ich ja nicht einfach meshen kann.

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trans126.zip

nach Kenntniss Geometrie, treffen die Ueberlegungen zur Kraft.

Anbei ein Loesungsvorschlag, siehe Skizze, dabei sind die Knoten in gegebenen bzw geeigneten geometrischen Position zu waehlen, zu modelieren und mechnisch wie elektrisch wie skizziert zu koppeln.

Dabei werden die Kraefte an den Seiten der Finger sich zu Null kompensieren, was ja der Realitaet entspricht.

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Das scheint Sinn zu machen, allerdings ist damit mein Problem noch nicht restlost geklärt:

1. Woher kennt mein Trans126 Element die Kapazität? Macht es das von alleine? Muss ich noch Plane121 Elemente dazu packen (sonst kann CMATRIX ja nicht funktionieren)? In der Beschreibung des Elementes steht, dass man die Kapazität auch über die Realsets eingeben kann. Muss das von Hand gemacht werden? Dann müsste ich die Kapazitätsänderung pro Finger berechen und an jedem Finger so ein Element einsetzten. Fragt sich wie realistisch das ist.
Ich werde die Handeingabe mal ausprobieren und das mit den Ergebnisse, die ich beim berechen mit dem MFS rausgekriegt habe, vergleichen (statisch).

2. Wenn ich Elemente senkrecht zu den Fingern einsetze und der Finger bewegt sich, entsteht eine Kraft, die der eigentlichen Bewegung entgegen wirkt. Diese Kraft gibt es in der Relität nicht. Oder bleiben die Angriffspunkte statisch?

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das TRANS126 kennt die Kapazitaet aus der Definition der Realkonstanten, beim erzeugen der TRANS126 Elemente. Siehe > Low-Frequency Guide | Chapter 15. Electric Circuit Analysis
15.3. Using the Circuit Builder

PLANE121 o.a. ist nicht zwingend, falls 'diskrete C' wie in Skizze vorgeschlagen, an geeigneten Positionen, ausreichend genau von Hand oder anders, ermittelt werden koennen. CMATRIX nur erforderlich, wenn sich C nicht manuell aus separater el.stat. Rechnung (bspw PLANE121) extrahieren laesst.

eine Kraft entsteht zwischen Kammschultern/Stirnflaechen, auch zwischen Kammflanken, in Realitaet. Wenn die K.flanken wie in Skizze verlaufen (waagerecht/parallel, symmetrisch um Kammmittellinie - habe keine bessere Info zu Geometrie) wirkt diese Kraft senkrecht, hat obere wie untere K.flanke gleichen Betrag. Kamm biegt sich also, falls solche Geometrie ggb, nicht aus, weder nach oben noch unten, das war mit 'hebt sich auf' zu verstehen.

Die MFS Rechnung kann nur elektrostatische Kraefte an die mechanische Struktur weitergeben, nicht durch mech. Verschiebung bedingte Veraenderung in elektrischem Signal generieren.

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Combdrive.JPG Combdrive_detail.JPG

Ich glaube, da sind die Fragen ein bisschen aneinander vorbeigelaufen...

Was ich meinte war folgendes:

Wenn ich parallel zu den Fingern einen konzentrierte Kapazität anbringe und sich der eine Angriffspunkt (die Node) mit dem Finger bewegt und der andere starr bleibt, dann entsteht doch eine Kraft, die der Bewegung entgegenwirkt. Es sei denn, die Kapazität bleibt starr in ihrer Position und lässt sich nicht senkrecht zu ihrer eigentlichen Bewegungsrichtung auslenken. Ist das der Fall?

Der andere Punkt war, ob man das Verfahren automatisieren könnte:

Mit Trans109, dem MFS-Ansatz oder dem ROM-Verfahren. Könnte man einfach eine Spannung vorgeben und die Auslenkung sofort ablesen. Eine  Geometrieänderung ist ohne Probleme realisierbar. Beim Trans126 Element folgt nach jeder Änderung der Geometrie neue "Messung" der Kapazitäten und eine aufwendige Hand-Eingabe der neuen Kapzitätswerte. Dazu ist das Verfahren durch konzentrierte Elemente ungenauer, wenn auch schneller. Insofern ist dieses Verfahren eher die schlechtere Lösung.

Trotzdem vielen Dank. Auf diese Art und Weise habe ich ein Verfahren, mit dem ich zumindestens an Ergebnisse komme. 

P.S.: Zur Geometrie: Ich habe mal 2 Jpgs angehängt, damit der dezeitige Stand klar wird.

Gruß

Sebastian Sommer

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Ich habe bis jetzt folgendes gemacht:

- Ich habe mit CMATRIX 20 verschiedene von dem Überlapp abhängende Kapazitäten bestimmt.

- Habe diese  durch die Anzahl der Finger geteilt von Hand in das Trans126 Element eingetragen.

- Dann habe ich an jeder Fingerspitze ein Element plaziert.

- Nach der Rechnung erhalte ich im statischen Fall nur 78% meiner zuvor mit dem MFS berrechneten Auslenkung.

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bitte noch angeben (Bilder): was bewegt sich in welcher Richtung.

Axisymmetrisch oder plane 2D. Wie sieht das MFS PLANE121 Netz aus (Netzaufloesung).

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auslenkung.JPG meshing.JPG

Die komplette mittlere Struktur bewegt sich in x-Richtung. Sie ist an den  langen Balken freischwingend aufgehängt (siehe Bild; das ist eine Auslenkung bei 200V). Das Gebilde ist plane 2D.
Zu den anderen Fragen:

- Alle Rechnung benutzen die gleiche Geometrie
- In dem Raum zwischen den Kämmen gibt es die Varianten mit Plane121 (Kapazitätsbestimmung und MFS-Rechnung) und die bereits gezeigte Variante mit den Trans126-Elmenten.
- Gemesht wurde alle Bereich jedesmal mit smrtsize,1 und mshape, 1 (Ergebniss siehe Bild; mshape war nötig, weil sonst an den Rundungen Elementfehler auftreten.)
- Ich habe den ganzen Vormittag rumprobiert und der Tipp mit dem Mesh war gut! Ich habe tatsächlich eine Abweichung zwischen dem Mesh im MFS und in der Kapazitätsmessung gefunden. Damit bin ich jetzt nur noch 8-10% von meinen MFS Ergebnissen entfernt. Das ist zwar nicht zufriedenstellend, aber ein riesiger Schritt nach vorne. Danke! 

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welche Richtung ist X Richtung in 'auslenkung.jpg': senkrecht oder waagerecht?

Zitat:Ich habe eine schwingfähige Struktur und auf beiden Seiten eine Kapazität. Die eine Seite rege ich mit einer Frequenz an und auf der anderen Seite schicke ich ein Signal durch die Kapazität. Dieses Signal wird dadurch, dass die Kapazität zeitlich veränderlich ist ebenfalls verändert :

                 falls elektr. Signal durch Bewegung der Struktur beeinflussbar sein soll, ist MFS und TRANS109 nicht geeignet. ROM144 wohl schon, habe ich nur kurz angesehen: hat aber andere Basisformulierung (modal displacements) und Modellierungsweise neben den (auch je TRANS Elementyp und MFS zu beachtenden) Einschraenkungen Geometrieeignung, Analysetypen u.a

bei Vergleich statisch MFS zu TRANS126 basiert zu beachten: die jeweils vorliegenden Konvergenzkriterien, Anzahl Lastschritte muessen vergleichbar sein.

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Die X-Richtung bedeutet von links nach rechts.

Das die beiden Verfahren MFS und Trans109 nicht für die Wirkung auf ein elektrisches Signal geeignet sind, ist mir klar. Hätte ich damit eine Realisierung hinbekommen, hätte ich nur mit dem Überlapp gearbeitet. Da ich die Kapazität bezogen auf den Überlapp kenne (bzw. leicht herausfinden kann), kann ich leicht die variable Kapazität mit MatLab oder Spice nachbilden. Das heißt der komplette elektrotechnische Teil kann außerhalb von Ansys laufen. Habe das wohl nicht so klar ausgedrückt (habe es aber oben geschrieben).
Es wäre nur deutlich besser gewesen, wenn ich dass mit einem Abwasch machen könnte (das ROM hat immerhin die Eignung dazu). So muß ich wieder neue Verallgemeinerungen treffen.

Der Tipp mit den Konvergenzkriterien scheint gut zu sein. Ich werde da noch mal nachhaken. Vielleicht kann ich ja die Abweichungen zwischen den Modellen reduzieren.

Ich habe noch mal Rücksprache mit meinem betreuenden Professor gehalten. Der meinte, dass ich das Modell auch mit dem Trans126 Elementen realisieren kann. Zitat: "Eine Simulation ist sowieso ein Vereinfachung!"
Auch wenn ich selbst mit dieser Lösung etwas unzufrieden bin, werde ich jetzt also so weitermachen.

Nochmal herzlichen Dank, Ife! Ohne Hilfe wäre ich nie soweit gekommen ! (zumindest hätte es deutlich länger gedauert.)

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