Ahoihoi!
Ich bin Student an der FH Jena und schreibe gerade meine Diplomarbeit. Als Teil dieser gilt es eine Simulation eines elektrostatischen Aktors mit Ansys 11 classic durchzuführen.
Dieser Aktor ist recht simpel aufgebaut: Eine gebogene Elektrode deren Form eines Polynoms des Grades 2 bis 4 entspricht. Darüber liegt ein dünner Balken der sich an die Elektrode legt sobald Spannung angelegt wird. Dazwischen ist natürlich ein Isolator mit einer bestimmten Dielektrizitätszahl. Das ganze nennt sich im englischen „zipper actuator“, für Interessierte.
Ich habe zunächst versucht das Problem mit Luftvolumen in 3d zu lösen, aber das hat nicht funktioniert weil die Luftelemente auf 0 zusammengedrückt werden (distorted mesh) und das meshing ein großer Aufwand war (ist am einen Ende spitz zulaufend).
Also schrieb ich mir ein Makro um das Problem mit den Trans126 Elementen zu erschlagen (2d).
Auf diese Weise kann ich die ganzen Parameter immer wieder verändern ohne das ganze Gelumpe von Hand neu machen zu müssen. Zudem müssen die Trans126 Elemente eh in Form der Elektrode geschoben werden, was bei 150 Stück von Hand kaum zu machen ist.
Auf Position der Elektroden Nodes kommen dann noch Kontakt Elemente die ein Durchdringen verhindern.
So weit, so gut. Alle Elemente werden korrekt erstellt, die Form des Polynoms stimmt, die Kontaktelemente laufen, keine Warnungen und alles konvergiert. Super!
Aber: Die Ergebnisse stimmen nicht. Ich habe mir 2 Dissertationen gesucht die ebenfalls einen solchen Aktuator gefemmt haben.
Sobald ich den Plane42 Elemente (die ich für den dünnen Balken verwende) eine thickness zuweise um diese mit der korrekten Breite zu modellieren (Ausdehung in Z-Achse) wird die Endauslenkung massiv geringer (die erhöhte Breite rechne ich natürlich auch in die Capacity von c0 mit rein). Als wenn die Capacity der Trans126 Elemente nicht im selben Maße steigt wie der Widerstand gegen Verbiegung durch die thickness (was aber von der Theorie her der Fall sein sollte).
Ein 3d Modell wollte ich aufgrund des großen Aufwandes. Ein Beam Element kann ich leider auch nicht vewenden weil ich noch eine Festkörperfeder einbauen möchte (über einen veränderten Emodul den ich aus einer Festkörperfeder umrechne die ich in Inventor simuliere). Oder geht das mit einem Beam Element?
Ist aber letztlich wurscht ob Beam oder Plane. Hat von Euch jemand eine Idee woran das liegen könnte dass die Ergebnisse VIEL zu klein sind? Ich vermute ja, dass es eine ganz simple Option ist, die aus/an muss oder was anderes banales was ich vor lauter Bäumen nicht mehr sehe (wie den Wald).
Die Ergebnisse kommen übrigens einigermaßen hin, wenn man den c0 Wert um den Faktor der Elektrodenbreite/2 bzw. /2,5 multipliziert (bei Flaechenfaktor eintragen). Vielleicht hilft das bei der Problemfindung, Ergebnisse tunen wollte ich für eine Diplomarbeit nicht.
Ich habe schon etliches versucht aber finde einfach den doofen Fehler nicht. Wer den findet bekommt von mir so viele Hubschrauber wie er tragen kann. :-P
Im Anhang habe ich mal das Makro mit reingepackt. Die Werte und Ergebnisse der Dissertationen sind hier (Ihr braucht nur die entsprechenden Zeilen im Makro ersetzen):
Und noch etwas: wenn Ihr das ganze Makro kopiert und eingebt rechnet der gleich los, also nicht wundern oder die letzten beiden Fett gedruckten Überschriften auslasten.
Gruß und Dank,
Formfunktion
Diss_1
! Beam Parameter
unterteilungen=150
emodul =150e3
poisson =0.3
dickebeam =2
laengebeam =501.613
dichtebeam = 2.329e-15
! Elektrode Parameter
polynom = 3
laengeelektrode =500
dickeisolator = 2
auslenkung =30
breiteelektrode=5
korrpoly=4.99104
er=1
e0=8.854e-6
d0=dickeisolator/er
flaechenfaktor=1
! Elektrische Parameter
spannung =200
mingap = d0
inigap =auslenkung+d0
------
Diss_2
! Beam Parameter
unterteilungen=150
emodul =150e3
poisson =0.3
dickebeam =30
laengebeam =6000.96
dichtebeam = 2.329e-15
! Elektrode Parameter
polynom = 3
laengeelektrode =6000
dickeisolator = 1
auslenkung =80
breiteelektrode=500
korrpoly=5.00013
er=3.6
e0=8.854e-6
d0=dickeisolator/er
flaechenfaktor=1
! Elektrische Parameter
spannung =200
mingap = d0
inigap =auslenkung+d0
Die Soll-Ergebnisse:
Diss_1
Spannung – Auslenkung in um
20 - 2
40 – 8
60 – 15,2
80 – 21,1
100 – 25
120 – 27,2
140 – 28,2
160 – 28,6
180 – 29
Diss_2
Spannung – Auslenkung in um
10 - 10
20 – 40
30 - 63
40 – 77
60 – 79
80 – 80
100 – 80
[Diese Nachricht wurde von Formfunktion am 14. Jul. 2008 editiert.]
[Diese Nachricht wurde von Formfunktion am 16. Okt. 2008 editiert.]
[Diese Nachricht wurde von Formfunktion am 16. Okt. 2008 editiert.]
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