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Hallo!

Ich simuliere zur Zeit eine Piezoscheibe aus einer PZT-Keramik und versuche mit ANSYS die Impedanz zu simulieren. Vorher suche ich über eine Modalanalyse die Eigenfrequenzen bestimmter Schwingungsformen (Planar- bzw. Dickenschwingung) der Scheibe. Nun will ich über den Impedanzverlauf in der Nähe bestimmter Eigenfrequenzen. Leider bekomme ich nicht mal einen Kondensatorverlauf bei den entsprechenden Frequenzen. Lediglich über den gesamtem Frequenzbereich erhalte ich den 1/C Verlauf. Für Antworten, warum das ganze net funktioniert, bin ich sehr dankbar!
Hier mein Input File:

finish
/clear
*abbr,piezo_inv255SHarm,/input,piezo_inv255SHarm,txt
/prep7
/Title, Piezoscheibe Modalanalyse  PI-255
!---------PARAMETER-------------

!---Platte1

laenge=1e-2
breite=1e-2
hoehe=500e-6
eps_0=8.85e-12
Spannung=1000
U=Spannung
n_div=5
r=laenge/2
thi=hoehe
spitze=1e-3
fsta=0.11547E+08       
fsto=0.11559E+08       
nit=20
! 10% Dämpfung
dmprat=0.1
mp,damp,1e-9
!---Materialeigenschaften
!---PI-255 wie 155 laut Frank Möller

ce11=1.108e11
ce33=1.108e11
ce44=1.909e10
ce12=6.326e10
ce13=6.896e10
ce66=2.380e10

e15=10.3
e31=-5.6
e33=12.8

!---relative Permitivität eps^s
reps33=680/eps_0
reps11=873/eps_0

!----Dichte aus Datenblatt Kg/m^3
dens=1,7.76e03

!---------MATERIALDATEN---------
!---PI-255

mp,dens,1,dens

!----------------------tb,piez,1
!Piezotabelle definieren
TB,PIEZ,1 ! Material #1, piezo matrix
TBDATA, 3,e31 ! Input first row
TBDATA, 6,e31 ! Input second row
TBDATA, 9,e33 ! Input third row
TBDATA,14,e15 ! Input fifth row
TBDATA,16,e15 ! Input sixth row

TB,ANEL,1 !Elastizitätstabelle definieren
tbdata,1,ce11,ce12,ce13
tbdata,7,ce11,ce13
tbdata,12,ce33
tbdata,16,ce66
tbdata,19,ce44
tbdata,21,ce44

!---------------rel. Permitivität
EMUNIT,EPZRO,8.85e-12 ! Define free-space permittivity
MP,PERX,1,reps11 ! Material Permitivität x
MP,PERY,1,reps11 !                      y
MP,PERZ,1,reps33 !                      z

/prep7
!-----Elementevereinbarung--

!et,1,solid226,1001  !piezoelectric
et,1,solid5,3        !Piezo mit Amps als Freitheitsgrad

!---------Geometrie---------
k,1,0,0,0
k,2,r,0,0
k,3,r,0,thi
k,4,0,0,thi

a,1,2,3,4

VROTAT,1,,,,,,1,4,360

!---------VERNETZUNG-------------
esize,,hoehe/2
vmesh,all

!-----Resonanzfall, beide Elektroden auf 0 Volt grounden
/SOLU

ANTYPE,2 ! Modal analysis
MODOPT,LANB,20, ! Subspace, 5 modes

MXPAND,20 ! Expand 5 modes

nsel,s,loc,z,0
!cp,1,volt,all                ! bottom: electrode
!*get,el_bottom,node,0,num,min      !  master node
d,all,volt,0
nsel,s,loc,z,thi
!cp,1,volt,all                ! bottom: electrode
!*get,el_top,node,0,num,min      !  master node
d,all,volt,0

!-Keypoints oben und unten 2 Stück auswählen
!-Elektrodenspitzen in der Mitte der Scheibe oben und unten  ! festhalten
ksel,s,KP,,1,
dk,all,uz,0
ksel,s,KP,,4
dk,all,uz,0
allsel

SOLVE
FINISH

/post1
set,list

!---Antiresonanzfall,untere Elektrode auf 0 Volt, obere nicht definiert!

/SOLU

ANTYPE,2 ! Modal analysis
MODOPT,LANB,20, ! Subspace, 5 modes

MXPAND,20 ! Expand 5 modes

!-Keypoints oben und unten 2 Stück auswählen
!-Elektrodenspitzen in der Mitte der Scheibe oben und unten festhalten
ksel,s,KP,,1,
dk,all,uz,0
ksel,s,KP,,4
dk,all,uz,0
ksel,all
nsel,s,loc,z,0                !Erden der unteren Elektrode
d,all,volt,0
nsel,s,loc,z,thi
DDELE,ALL,VOLT                !Alle Constraints vorher löschen auf Top-Elektrode   
cp,1,volt,all
nsel,all

SOLVE
FINISH

!/eof
/POST1 ! List solutions
SET,LIST

!------------------Harmonische-----------------------------------

/solu

ANTYPE,harmic
hropt,full
hrout,off
harfreq,fsta,fsto
nsubst,nit
dmprat=0.1
!Schritterhöhung
kbc,1
!-Randbedingungen
nsel,s,loc,z,0
cp,1,volt,all                ! bottom: electrode Ground
*get,el_bottom,node,0,num,min      !  master node
nsel,s,loc,z,thi
cp,2,volt,all                ! top: electrode Potential
*get,el_top,node,0,num,min      !  master node
allsel
!Polung der Elektroden
d,el_bottom,volt,0
d,el_top,volt,U
allsel
OUTPR,veng

SOLVE

fini

!--harmonic response analysis, introduction to 
!Suchbegriff Ansys Hilfe
!---------AUSWERTUNG-------------
/post26
RFORCE,2,el_bottom,AMPS  !solid5,3
prod,3,2,1,,current,,,6.282
nsol,4,el_top,volt
!Z=U/I
quot,4,4,3,,impedanz

real,5,4
imag,6,4
prod,5,5,5
prod,6,6,6
add,7,5,6
*get,fser,vari,7,extrem,tmin
*get,fpar,vari,7,extrem,tmax
kp=1.570796*(fpar-fser)/fpar
kp=1.570796*fser/fpar*tan(kp)
/view,1,0,0,1
plcplx,0
/gropt,view,1
/gropt,logy,on
/axlab,y,Ladung Q [As]
plvar,2
/wait,5
/axlab,y,Impedanz Z [Ohm]
plvar,4
/wait,5
/axlab,y,Phase der Impedanz [rad]
/gropt,logy,off
plcplx,1
plvar,4

/eof

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Leider bin ich mit Ansys immer noch net weitergekommen.
Ich habe bei der Piezoscheibe die Dickenschwingungsmode gefunden, die liegt im Bereich von einigen MHz, allerdings kann ich keine Radialschwingung (kHz Bereich) finden und demzufolge auch keine Resonsanz;(

Kann mit jemand sagen, woran das liegen könnte?
Ich nehme an, dass es an der Einspannung der Scheibe liegt (ich habe viele Einspannungen probiert), allerdings habe ich bis jetzt noch keine Lösung für das Problem gefunden!

Gruß
Thomas

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Es ist zu empfehlen, mit etwas mehr Sorgfalt und Gründlichkeit den Quelltext zu überarbeiten und nach Möglichkeit nicht alles in nur eine einzige Datei zu packen. (eine Dichte von 1 kg/m**3 erscheint nicht sinnvoll, usw.)
1. Schritt: Resonanzen ermitteln, Modalanalyse
2. Schritt: in Resonanznähe anregen, Harmonische Analyse

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Hallo wosch!

Der Quelltext funktioniert tadellos. Ich habe den Fehler gefunden. Es lag an keiner Einheitenkonvention (wie z.B. Kg/m^3), sondern an der Angabe der Materialparameter. Insbesondere die Polarisierungsrichtung war nicht korrekt gewählt! Leider gibt es über die Eingabe der Mat. Parameter für Piezomaterialien sehr verschiedene Angaben!!
Nachdem die elast. Koeffizienten, Piezoparameter und Permitivitäten richtig eingegeben sind, kann, !ohne Einspannung der Scheibe!, die korrekte Resonanz (Radial-, Dickenresonanz) bei den entsprechenden Frequenzen erzielt werden.
Die Frequenzen stimmen sehr gut mit den vorgegebenen überein!
Der Fehler bestand also wirklich nur in der Eingabe der Mat.Parameter in geeigneter Polarisierungsrichtung!

Gruß
Thomas
++

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Es war ja auch nicht die Einheit, sondern der Zahlenwert 1 (richtig wäre 7760) für die Dichte bemängelt worden. (Flüchtigkeitsfehler)

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ui Tatsache, jetzt wo ich das nochmal lese...
Habe versch. Teile div, APDL Files zusammenkopiert. Das hab ich net gesehn Nichts für ungut!

Wie geschrieben sind die erzielten Ergebnisse sehr realistisch und zeigen die Eigenformen bei den entsprechenden Eigenschwingungen. Die Messung mittels Netzwerkanalysators konnte die Ergebnisse bestätigen!

Eine erhöhte Verfeinerung der Vernetzung führt in Ansys zur Erzeungng von Oberschwingungen, die auch im realen Impedanzscan zu erkennen sind. Ziemlich genial, dass so etwas simuliert werden kann!

Gruß
Thomas
++

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