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Piezo-Bauteil.txt

Hallo,
ich habe im Anhang ein Programm mit einem einfacher Piezo-Platte, an der ich den 33-Effekt simulieren möchte: also Aufbringen einer zeitabhängigen (hier konstanten) Kraft in z-Richtung und Abnehmen einer elektrischen Spannung in z-Richtung.
Leider speichert hier Ansys die Ergebnisse nirgendwo bzw. gibt mir Ansys keine Ergebnisse aus. Woran liegt das?
Ich habe auch noch drei Fragen generell zur Simulation von Piezos in Ansys:
1. Muss von der elektrischen Seite her nicht auch die elektrische Spannung an einer Seite des Piezos zu Null gesetzt werden, damit ein Potential entstehen kann (ich bin leider absoluter Laie in Elektrotechnik)?
2. Stimmen überhaupt die Materialkennwerte von dem Piezo mit meiner gewünschten Richtung zur Simulation überein? Ich möchte eine elektrische Spannung in z-Richtung abnehmen, also muss der piezoelektrische Modul e in 3-Richtung besonders stark ausgeprägt sein, richtig? Oder auf was muss ich da bei den Richtungen der Werkstoffeigenschaften achten?
3. Wenn ich einen Piezo-Stapelaktor für Rotoren modellieren möchte: gibt es da spezielle Elemente dafür (ähnlich den COMBIN-Elementen) oder simuliere ich diese als Zylinder mit einem Piezo-Element, wie SOLID226?

Ich bin für jede Hilfe sehr dankbar!:-)

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piezoelectric.pdf

Hi,
vor 'vswe,all' muss

type,2
mat,2

stehen. Sonst haben deine Elemente alle die Materialnummer 1.

zu 1. nein, du willst ja Potential bzw. Auslenkung in z-Richtung.

zu 2. das mit den piezoelektrischen Materialwerten ist in ANSYS nicht ganz trivial. Da haben sich bestimmt schon genug Leute das Hirn zermartert. Die Belegung der Matrix in ANSYS weicht nämlich von der in der Literatur verwendeten üblicherweise ab.
Hier ein Paper dazu.

3. Werd aus der Frage nicht ganz schlau, aber auf jeden Fall würde ich Symmetrien ausnutzen. Bsp --> 2d. Zylinder axialsymmetrisch

MfG

Simulinho

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Hallo,

auf Grund deiner Fragstellung gehe ich davon aus, dass es sich bei dir um erste Simulationen mit Piezos handelt. Deshalb würde ich dir empfehlen zunächst an Beispielen zu lernen und zu verstehen. Einige sehr gute Beispiele sind im FEM für Praktiker Band 4, 2. Auflage enthalten.

Gruß simulmi

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Matthias Ulmer
Institut für Feinwerktechnik
Universität Stuttgart

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Ja, das stimmt. Ich habe dieses Beispiel auch schon übernommen, aber aus irgendeinem Grund ist die Rechnung bei mir nicht bis zum Ende durchgelaufen. Ich würde mich auch sehr über weitere Beispiele oder einen Austausch mit Forum-Teilnehmern, die schon mehr Ahnung mit der Piezo-Simulation in Ansys haben, freuen. Bei mir sind da noch viele Fragen offen, z.B. auch was die Einbindung einer Regelung angeht.

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Hallo,

da es im Buch prinzipiell erst mal mehrere Beispiele zu Piezos gibt du aber deinen Piezo mit Druck belasten möchtest gehe ich davon aus, dass du das Beispiel 2.8.1 meinst?!

Warum läuft dieses Beispiel bei dir nicht zu Ende? Diese Beispiele sind alle getestet und sollten auch funktionieren. Welche Fehlermeldung wird angezeigt?

Gruß simulmi

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Matthias Ulmer
Institut für Feinwerktechnik
Universität Stuttgart

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Hey Leute,

ich habe auch ein Problem mit der Analyse von piezoelektrischen Elementen in ANSYS.
Ich habe das "Manual" gelesen und meine Analyse funktioniert auch soweit so gut, jedoch kann man bei ANSYS die Spannung nur an den "boundaries" anbringen, richtig? Ich moechte allerdings den d_31 Effekt simulieren. Das heisst ich habe erstmal eine ganz normale Platte bzw. einen Block, senkrecht (z.B. z-Richtung) dazu (auf der ganzen Oberseite) muss die Spannung aufgebracht werden, sodass sich die Platte oder der Block in vor allem x- und y- Richtung verformt. Ist das in ANSYS moeglich? Ich habe es tausend mal versucht, aber ich kriege die Spannung nur an der Seite angebracht, was ja nicht dasselbe ist, oder?

Ich waere ueber eine Antwort oder Hilfe sehr dankbar!
Beste Gruesse, David

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Hast Du auch ein Programm (z.B. Text-Datei), in das man mal schauen könnte? Ansonsten musst Du unbedingt schauen, ob Du auch die richtigen Werkstoffkennwerte für den Piezo zur Ausnutzung des 31-Effekts verwendest.

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@knuelle 1987:

Die Problembeschtreibung ist sehr generell und nicht sehr spezifisch als das man darauf die geeignte Antwort geben könnte. Generell wird die Spannung immer auf "Boundaries" gegeben, die FRage ist, ob hier eine Fläche, Linie o.ä. gemeint ist. Sollte eine vollflächige Elektrode gemeint sein, dann müsste man die Spannung eben auf eine Flächje aufbringen. Um eine Bewegung in eine bestimmte Richtung zu ermitteln, muss außerdem das gesamte System geeignet eingespannt sein. Sprich: bei beispielsweise x=0 alle Freiheitsgrade (ux,uy,uz) auf 0 setzen.

Einen sehr guten Überblick bietet im Übrigen das Buch: FEM für Praktiker (Band 4) von Wolfgang Schätzing, Thomas Schliesch, Matthias Ulmer.

Grüße,
Thomas

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-Das Leben ist ein Hilbertraum-

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Danke fuer die schnelle Reaktion. Also um mein Problem nochmal genauer zu beschreiben, da ich mit "Boundaries" wirklich etwas generell war.

Ich habe eine Platte als PZT element mit den Abmassen (breite=1mm, laenge=1,4mm, hoehe=0,1mm).
Ich moechte auf der gesamten Oberseite (also eine Flaeche) eine Spannung aufbringen, dementsprechend muesste die Unterseite dann geerdet sein (also mit 0 Volt belastet werden).
Einspannung erfolgt ebenfalls an einer Seite, d.h. wie du schon sagtest, die Platte ist an einer Seite fixiert (dx,dy,dz=0).
Was ich simulieren moechte ist, dass eben die Spannung auf Ober- bzw. Unterseite angebracht wird (senkrecht, z-Richtung) und somit eine Deformation in x- und y-Richtung erzielt wird (z-Richtung natuerlich auch etwas (aber nicht so stark), da wir uns ja im dreidimensionalen Raum befinden).Auf die Materialkennwerte habe ich schon doppelt und dreifach geachtet, und habe auch die Herstellerwerte fuer ANSYS umgerechnet. Bin mir auch ziemlich sicher, dass es richtig war.
Ich werde gleich nochmal einen Testlauf starten und werde dann eine Text-file reinstellen. Nur meine groesste Frage ist eigentlich, wie ich denn die Spannung flaechenmaessig anbringen kann? Wie gesagt, ich war bisher nur in der Lage dies auf der Kante der Platte zu tun und ich weiss nicht ob dies richtig ist. Ich denke, wenn ich das Beispiel mit der Text-file hineinstelle, wird es einfacher das Problem nachzuvollziehen. Gebt mir bitte ein bisschen Zeit.
Das Buch kann ich mir leider nicht ausleihen oder anschauen, da ich mich zur Zeit arbeitstechnisch nicht im guten Deutschland befinde, aber dennoch vielen Dank fuer den Tipp.

Und auch vielen Dank fuer eure Hilfe!
Beste Gruesse, David

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Hallo,
üblicherweise bringt man die elektrische Spannung auf eine Fläche auf, indem man die Knoten dieser Fläche auswählt (asel und nsla) und die elektrischen Freiheitsgrade dieser Knoten mit Hilfe des Befehls cp auf einen Masterknoten der Oberfläche koppelt (cp,all,all,volt). Dieser Masterknoten entspricht in der Praxis einer Elektrode auf der Fläche. Auf diesen Masterknoten bringt man dann die gewünschte elektrische Spannung an.
Schade, dass Du auf das empfohlene Buch keinen Zugriff hast, da für genau Dein Problem ein Beispielprogramm darin angegeben ist.

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Hey, ach jetzt echt? Gibt es das Buch auch online? Das waere richtig super. Du hast das nicht zufaellig zu Hause und einen Scanner parat um 1 oder 2 Seiten einzuscannen, oder? =)

Also was du eben beschrieben hast, habe ich ganz genause gemacht. Exakt meine Vorgehensweise, nur leider wird dieser Masterknoten immer genau an der Ecke generiert (also in dem Fall einmal bei x=0, y=0, t=0 und die 2. Elektrode bei x=1,4mm, y=0, t=0.1mm) [d.h. eine Ecke der Platte liegt genau im Koordinatenursprung, x-Achse ist Laenge, y-Achse ist Breite und z-Achse ist Hoehe). Wie kann ich denn einen anderen Punkt als Masterknoten anwaehlen bzw. bestimmen?

Text-file kommt auch sofort.

Danke schon mal!

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Hallo,
also einen Scanner habe ich gerade nicht parat und online gibt's das Buch leider auch nicht, soweit ich weiß.
Es macht übrigens nichts, dass der Masterknoten gerade auf der Ecke liegt. Hauptsache, er ist mit den übrigen Knoten der Fläche durch cp verbunden.

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Hey, kein Problem. Ja das habe ich auch gerade festgestellt. Nun laeuft die ganze Geschichte und ich weiss auch warum. Es war ein einfacher Einheitenfehler. Ich habe vergessen die dielektrische Konstante von F/mm in F/m umzurechnen damit alles im MKS System gegeben ist. Also von daher: Immer schoen auf die Einheiten achten Leute =)

Dafuer ist nun ein anderes Problem aufgetreten. Wenn ich versuche eine IGES file in ANSYS zu importieren mit einer etwas komplizierteren Geometrie schmiert das Program entweder meistens ab oder die Geometrie ist etwas verzerrt. Woran kann das liegen und wie kann man da Abhilfe schaffen? Ich habe die IGES file einmal als "surface" und einmal als "solid" Koerper gespeichert, bei beiden dasselbe Problem. Ich weiss, das passt hier gerade nicht zum Thema aber vielleicht hat dennoch jemand eine Idee. Danke schon mal!

Beste Gruesse
David

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Tja, Einheiten stellen auch in der realen Welt ein Problem dar, wie man mal wieder sieht in der virtuellen umso mehr...
Warum wurde denn überhaupt die PErmitivität in F/mm eingesetzt?

Zur Info- in ANSYS wird epsilon dazu benutzt, um aus den dij-Koeffizienten beispielsweise die eij-Koeffizienten auszurechnen. Wenn der Wert falsch definiert ist, dann kommt es zu Fehlern.

Grüße,
Thomas

P.S. mit IGS kenn ich mich nicht aus, allerdings sollte der Import schon möglich sein.

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-Das Leben ist ein Hilbertraum-

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Zitat:

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Original erstellt von knuelle1987:

Dafuer ist nun ein anderes Problem aufgetreten. Wenn ich versuche eine IGES file in ANSYS zu importieren mit einer etwas komplizierteren Geometrie schmiert das Program entweder meistens ab oder die Geometrie ist etwas verzerrt. Woran kann das liegen und wie kann man da Abhilfe schaffen? Ich habe die IGES file einmal als "surface" und einmal als "solid" Koerper gespeichert, bei beiden dasselbe Problem. Ich weiss, das passt hier gerade nicht zum Thema aber vielleicht hat dennoch jemand eine Idee. Danke schon mal!

David[/B]

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Versuchs mal Deine Geometrie als STEP-Datei einzulesen, müsste eigentlich ohne Verzerrungen klappen.

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