Hallo allerseits!
Ich arbeite gerade im Rahmen meiner Diplomarbeit an der Modellierung meines Versuchsaufbaus in Ansys und bin gerade dabei mich einzuarbeiten.
Es handelt sich dabei um eine einfache Platte, auf der ein Piezoelement angebracht ist. Mittelfristig sollen zwei Piezoaktoren auf der Platte angebracht werden, eines auf der Oberseite, eines auf der Unterseite (aber dazu später mehr).
Ich möchte das Piezoelement als Aktor über einen Spannungsverlauf so ansteuern, dass dieser die Platte anregt und mir die Auslenkungen der Platte ausgibt.
Zunächst hatte ich Den Piezoaktor durch eine einfache Kraft als Randbedingung vorgegeben, und mit einer harmonischen Analyse die Antwort der Platte bekommen. Soweit so gut.
Für das Plattenmodell habe ich den Elementtyp Shell93 verwendet. Die Verbindung zwischen Piezo und Platte habe ich durch Conta174/Targe170 Elemente verwirklicht.
Da der Piezo aber nun nicht auf der Mittelebene der Platte angreift, habe ich diesen als 'block' modelliert, auf Höhe der halben Plattendicke.
Die Plattendicke habe ich mir anzeigen lassen über /eshape,1,0
Wenn ich aus zur Kontrolle eine Modalanalyse mache mit der Shell93 Platte, dann kann werden zwar die Eigenmoden der Platte berechnet und angezeigt, aber der Piezo bleibt fest an seiner Stelle (bleibt quasi nicht auf der Plattenoberfläche "haften"). Wenn ich den Piezo mit 'blc5' statt 'block' modelliere, dann befindet es sich direkt auf der Plattenmittelebene (dem Shell element). Physikalisch ist dies jedoch meiner Meinung nach nicht richtig, dies wäre dann ja so als sei das Piezoelement innerhalb der Platte. das Piezoelement bleibt aber "haften" bei einer anschließenden Modalanalyse. Ich folgere daraus, dass es wohl Probleme gibt, wenn Contactelement (auf dem Shell-Element) und Targetelement zwar parallel zueinander liegen, aber auf unterschiedlichen Höhen in z-Richtung.
Nun zu meinen Fragen:
1) Gibt es einen Weg, dieses Problem zu umgehen und trotzdem für die Platte ein Shell(93) Element zu benutzen?
2) Ich möchte mittelfristig an den gleichen x und y-Koordinaten auf der Unterseite der Platte ein weiteres Piezoelement anbringen. Ist dies überhaupt möglich? ein Contactelement in der Mitte (Platte), und zwei Targetelemente, jeweils an den der Platte zugewandten Seiten?
3) Ist eine Contact/Targetelementverbindung überhaupt hier sinnvoll? Oder wäre eine Verschmelzung der Platte mit den Piezoelement(en) zielführender?
4) Wenn ich einen (zB periodischen) Spannungsverlauf am Piezo vorgeben möchte, wie gehe ich da am besten vor? Auch mit einer harmonischen Analyse, oder?
5) Gibt es in dem Bereich Literaturempfehlungen oder Beispiele? FEM für Praktiker, Bd. 4 habe ich bereits vorliegen, das Kapitel über Piezomodellierung hilft mir für diese Situation nicht wirklich weiter. Soweit ich erkennen kann geht es bei den Anfragen hier im Forum zu Piezoelementen immer um die Analyse des Schwingverhaltens des Piezoelementes selbst.
6) Last but not least: Ansys gibt eine Fehlermeldung aus, mit der ich nichts anfangen kann und soweit ich feststellen kann auch keinen sichtbaren Einfluss auf irgendwas hat. Dennoch würde ich es gerne verstehen, da es ja später zu Problemen führen könnte:
'The structural-electrostatic analysis with KEYOPT(1) = 1001 of element SOLID226 will be electroelastic (electrostatic force coupling). The presence of an unused piezoelectric table for material number 2 prevented the program from automatically activating a nonlinear solution. Please activate a nonlinear analysis (NROPT,FULL) and ensure it has at least two iterations.'
wird 'nropt' nicht in zusammenhang mit einer transienten Analyse verwendet? wieso erscheint diese Fehlermeldung bei der Modalanalyse? Warum ist die piezoelektrische Tabelle für Material2 unbenutzt? Kann im (angehängten) Skript keinen Fehler finden...
Danke schonmal!
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