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Hallo liebe Cad.de Community!

Seit geraumer Zeit bereitet mir folgendes Problem kopfzerbrechen:

Ich möchte mit Ansys WB 14.5 einen Piezoaktor simulieren. Hierzu will ich die fertigungsbedingte Vorspannung (Aushärteprozess des Epoxidharzes) berücksichtigen.
Die Piezokeramik ist hierbei mit Druckeigenspannungen von 20MPa und die Epoxidummantelung mit Zugeigenspannungen von 21MPa zu modellieren. 
Kann mir jemand einen Ansatz zur Lösung dieses Problems für eine statisch mechanische Analyse liefern?
Ist es möglich ein Ergebnis aus einer vorangegangenen statisch mechanischen Analyse (Spannungen) in eine neue statisch mechanische Analyse zu importieren um dabei neue Lastfälle (unter Berücksichtigung der vorher errechneten Spannungen) einzufügen?

Für jede Hilfe bin ich wahnsinnig dankbar!

Viele Grüße
Wlad

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Hallo,

ich hatte mal ein ähnliches Problem, ich wollte die durch den Herstellprozess (z.B. Pressen/Tiefziehen) hervorgerufenen Eigenspannungen für eine nachfolgende Analyse nutzen, in der das Bauteil dann mit den eigentlichen Lasten beaufschlagt wird. Ich bekam dann folgenden Rat:

Du mußt in mehreren Last-Schritten (mindestens 2) die Rechnung durchführen,
wobei im Letzten Schritt das Bauteil entlastet werden muß (F=0). Die dargestellten Spannungen zeigen dann die Eigenspannungen an.

Damit überhaupt Eigenspannungen entstehen, wird das Bauteil bei Lasteinbringung in den höchstbeanspruchten Bereichen plastifiziert, hierfür ist eine nichlineare Berechnung erforderlich. Dazu die Einstellung: große Verformungen (Simulationsumgebung/Ergebnisse)und bilineare oder multilineare Werkstoffeigenschaft (berücksichtigt plastisches Verhalten des Werkstoffes, einzugeben in den Werkstoffeigenschaften).

Da du ja den "Herstellprozess" eines Piezo-Elements wohl schlecht simulieren kannst, aber die entstandenen Eigenspannungen anscheinend schon kennst, könntest du auch durch künstliche "Schrumpfung bzw. Dehnungen" diese Eigenspannungswerte erzeugen, ähnlich wie man es macht bei "Schrumpfsitzen" (Querpressverband). Vielleicht findest du ein Beispiel dazu im Netz.

Gruß
Holger

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SkizzegeraderBalken.gif fixierteLagerung1.gif fixierteLagerungfurEigenspannungssimu.gif

Hallo Holger_S, 

danke für deine Antwort und sorry für meine späte Rückmeldung. Ich habe mich weiterhin viel mit dem Problem beschäftigt, ich habe deinen Rat befolgt und eine transiente Analyse durchgeführt. Auf eine Plastifizierung des Werkstoffes möchte ich aber verzichten.

Um die Eigenspannungen zu bekommen, möchte ich in meinem Aufbau (siehe Skizzen), die Außenflächen der Piezokeramik in einem ersten Lastschritt mit 20 MPa beanspruchen. Dabei sollen aber die Außenflächen des Epoxidharzes fixiert werden, damit die Spannungen nur im Epoxid-Keramik-Verbund auftreten. (siehe fixierteLagerungfürEigenspannungssimu... hier wurde das Substrat ausgeblendet)

In einem weiteren Lastschritt soll zusätzlich ein elektrisches Feld an den Piezo angelegt werden, damit sich dieser Verformt. Hierbei soll die Fixierung der Außenflächen aufgehoben werden und es sollen nur noch die realen Lagerbedingungen gelten (siehe fixierte Lagerung 1).

Das von mir geschriebene Skript scheint dies aber nicht zu berücksichtigen. wie kann man eine angewendete Lagerungsbedingung je nach Lastfall aktivieren und deaktivieren?
Hat dazu irgendwer eine Lösung?? 

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/solu

ANTYPE,TRANS,NEW ! Transiente Analyse

TRNOPT,FULL ! Full-Methode
NLGEOM,ON ! Geometric Nonlinearities -> Große Verformung zuslässig
SSTIF,ON ! Spannungsversteifung (on -> es hilft bei dem Konvergenzproblem)
OUTRES,ALL,ALL         ! Alle Ergebnisse speichern für /Post

tintp,,alpha,delta,theta  ! Transient integration parameters (notw. bei Piezos)

TIME,1                                                          ! Erster Lastschritt
 
d,fixsup2,all, 0                                                ! Außenflächen des Epoxidharz werden fixiert

SOLVE

TIME,2                                                          ! Zweiter Lastschritt
 
d,fixsup1,all, 0                                                ! Reale Lagerbedingung wird aktiviert

cmsel,s,Patch_E1 ! Obere Elektrode des Aktors auswählen
d,all,volt,1000                                        ! Spannung wird erzeugt

cmsel,s,Patch_E2 ! Untere Elektrode des Aktors auswählen
d,all,volt,0                                             

alls

SOLVE
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p.s. ich bin ziemlicher Apdl-Skript anfänger 

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