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Ich habe bisher in Workbench 12 einen Piezostapelaktor in einer statischen Simulation simuliert. (Das funktioniert auch im Prinzip bis auf ein paar kleine Probleme, die aber mit diesem Problem nichts zu tun haben, ganz gut.)

Nun möchte ich eine harmonische Simulation durchführen, bei der ich für unterschidliche Frequenzen die Deformation des Aktors beobachten kann. Allerdings bin ich mir momentan nicht schlüssig, wie ich hier vorgehen soll.
Führe ich in Workbench ein harmonische Simulation durch, ist das ja zunächst eine rein mechanische Geschichte. Sprich ich kann meinen Aktor ja nur rein mechanisch anregen. Ich möchte nun aber für eine elektrische Anregung (Wechselspannung) für die entsprechenden Frequenzen die mechanische Auslenkung beobachten. Wie ich eine Gleichespannung auf eine Elektroden (Seitenflächen des Piezoscheiben) aufbringe ist mir aus der Statischen Simulation bekannt. Wie lege ich nun aber eine Wechselspannung an? Vor Allem müsste Diese ja auch mit entsprechend den betrachteten Frequenzen die ich im "Solutionsbereich" variieren!

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Angabe der harmonischen (sin, cos) bei harmonischen Berechnungen waere wohl kein Problem. Kannst du deine Belastung aus der Wechselspannung in harmonische Funktionen zerlegen?

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Moe

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Wenn an die Elektroden unterschiedliche Potenziale angelegt werden und eine statische Rechnung gestartet wird, ist das eine Gleichspannungsanregung.

Wenn an die Elektroden unterschiedliche Potenziale angelegt werden und eine harmonische Rechnung (bei der ja eine Frequenz vorgegeben werden muss) gestartet wird, ist das eine Wechselspannungsanregung.

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Viel Erfolg wünscht
Wolfgang Schätzing

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Erstmal Danke für eure Antwoten!

Ich habe die Harmonische Simulation jetzt zum laufen gebracht. Allerdings habe ich nun folgendes Problem:

Ich habe eine in Z-Richtung Polarisierte PZT Scheibe. Die linke und rechte Deckflächen der Scheibe sind die Elektroden und werden einmal mit 0 V und einmal mit 1000 V beaufschlagt. Eine Seite der PZT-Scheibe wird mit einem Fixed Support gelagert --> der PZT schwingt wie gewollt in Z-Richtung.

Wenn ich aber nun meiner PZT-Scheibe zwei Stahlscheiben auf die Elektrodenflächen anfüge und die Lagerung an eine der Stahlscheiben anbringe schwingt der PZT auf einmal in der xy-Ebene und nicht mehr in der Z-Richtung. Wenn der Support nun wider an eine der PZT Flächen gelegt wird, schwingt der PZT wider in Z-Rihctung.

Woran kann das liegen? Hat jemand ein Idee?

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Also zunächst einmal solltest du schauen in welchem Frequenzbereich du überhaupt deine harmonische Analyse durchführst. Piezoscheiben besitzen verschiedene Schwingungsformen (Dickenschingwung und Längsschwingung), je nach betrachtetem Frequenzbereich entstehen so die verschiedenen Eigenformen. Deine "eigentümliche" Schwingungsmode bei geänderter Lagerung mit den MEtallplatten deutet eher auf ein Problem der BC an sich hin. Du solltest die korrekte Verbindung der Stahlscheibe mit dem Piezoelement überprüfen. Als nächstes würde ich mir dann die Eigenformen ansehen und den Freuqenzbereich variieren. Typischerweise bekommst du die Dickenschwingung im MHZ-Bereich und die Längen-Schwingung im kHz-Bereich.

Grüße,
Thomas

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-Das Leben ist ein Hilbertraum-

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Hallo Thomas,

danke für deine Antwort. Ich habe nun mal versucht unterschiedliche Verbindungen zwischen Stahlscheibe und Piezo herzustellen. Dabei habe ich eine "Manual Contact Region" zwischen Stahlscheib und Piezo erstllt und hier widerum die Optionen Bounded, No Separation, Frictionless, Frictional und Rough ausprobiert. Leider schwingt mein Piezo nach wie vor nicht in der Z-Richtung wenn er an der Stahlscheibe angekoppelt ist. Hast du evtl. ein Idee wie ich hier ansetzten sollte?
Mit einer Frequenzvariation konnte ich leider keine modale Abhängigkeit der Schwingungsform ableiten.

Gruß

Zahnradkopf

P.S.: Sorry das ich hier etwas Try & Error mäßig vorgehe - ich bin leider Ansys Anfänger - lerne zwar täglich sehr viel dazu, aber der Umfamng dieses Simulatiuonstools ist doch sehr erschlagend wenn man an einer Stelle Steckenbleibt. Ich bin euch daher um jeden Hinweis wirklich sehr dankbar und bin froh das es dieses Forum gibt!

[Diese Nachricht wurde von zahnradkopf am 18. Aug. 2011 editiert.]

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@zahnradkopf:

Hi,

also ich denke, dass du für die Verbindung der Piezoscheibe mit einem Untergrund (Gehäuse, wie auch immer Befestigung) keinen Kontakt zur Modellierung benötigst. Es sollte also eine "glue"-Verbindung vollkommen ausreichend sein. Ist die Scheibe irgendwie eingespannt oder gelagert? Dies wäre für die Modellierung auf jeden Fall wichtig zu wissen.
Die verschiedenen Schwingungsmoden in den unterschiedlichen Frequenzbereichen wirst du wohl nur sehen, wenn zumindest mal deine Randbedingungen mit der Stahlscheiben stimmen.

Probier einfach mal eine simples glue des Stahlkörpers, wichtig sind dann ebenfalls die RBs dieser, also Verbindung zu einem Untergrund oder Einspannungen / Lagerungen etc.

Grüße,
Thomas
++

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kann es sein das es in Workbench keinen "Glue" gibt - sprich man wider mit APDL arbeiten muss?

Mit APDL habe ich das mal versucht. Dazu habe ich die beiden Flächen (Oberseite des Piezos und Unterseite der Stahlscheibe) mit Hilfe von Named Selection einen Namen gegeben. Anschließend habe ich ein APDL Command, wie folgt geschrieben:

/prep7

cmsel,s,P2E1
cmsel,a,S1
aglue,all
/solu

leider kommt in der Solution information dann:

SELECT      COMPONENT P2E1                           

ALSO SELECT COMPONENT S1                             

GLUE AREAS

*** ERROR ***                          CP =      1.719  TIME= 18:41:24
Need at least 2 areas for AGLU command.                               
  Please input areas.

Aber eigentlich müsste das doch so gehen oder?

(das gleiche Fehlermeldung kommt leider auch wenn ich es mit

aglue,P2E1,S1

versuche.)

Wo liegt der Fehler?

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Hi,
wenn Bauteile im DesignModeller zu einer Baugruppe zusammengefasst sind, sind sie verbunden. Dies entspricht dem 'glue' in Classic.

MfG

Simulinho

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Danke Simulinho! Das hat funktioniert - jetzt sind  meine Körper miteinander verbunden.

Leider besteht das Grundproblem weiterhin und es tritt auch hier eine Radialschwingung an Stelle einer Axialschwingung auf.

Interessant ist, wenn ich die Piezoscheibe ohne irgendwelche umliegende Körper simuliere, tritt eine Axialschwingung nur beim Lagerungstyp "Fixed Support" auf - bei allen anderen Lagerungen schwingt der Piezo immer in einer (Bilderbuch)Radialschwingung. Warum kommt hier nun so eine saubere Radialschwingung und keine Axialschwingung zu stande? Am Koordinatensystem liegts wohl nicht. Denn, wenn ich nun das lokale Koordinatensystem - auf das sich die Piezoausrichtung bezieht - entsprechend drehe, wird aus der Radialschwingung irgend eine sehr wirre Schwingung, aber keine Axialschwingung.

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Deine "Bilderbuchradialschwingung" hast du nur in einem bestimmten Frequenzbereich. Wenn du diesen änderst, dann wirst du zwangsläufig, bei demselben Momdell, eben die andere Schwingungsform sehen. Du solltest zumindest, wenn das Modell richtig ist.

Versuch einfach mal deine Frequenz in den MHz-Bereich zu verschieben und dort nach der anderen Mode zu suchen.

Grüße,
Thomas
++

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Vielen Dank für eure Hilfe! Ich hab nun die Lösung gefunden!
Es war letztlich ein Fehler in der piezoelektrischen Matrix, was zu einer übermäßig stark ausgeprägten Schwingung senkrecht zum E-Feld geführt hat und die Axialschwingung 'überdeckt' hat.

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