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PIEZO.png

Hallo Zusammen,

ich sitze seit langer Zeit an einem konvergenz Problem bei einem Multilayer-Piezoelement.
Zum Modellaufbau:
Piezo mit zwei passiven Schichte, (Ober unter Seite) und dazwischen ~40 gegensätzlich gepolte Schichten die wie ein multilayer Element verschaltet sind (siehe auch Bild). Mit dem Piezo & Mems Add-in habe ich die Körper und Materialeigenschaften definiert. Außerdem die Verschaltung: Dabei ist die eine Elektrode als 0 gesetzt und die andere wird als Spannung abgegriffen (die entsprechenden Flächen sind gekoppelt).
Der Piezo ist in ein komplexes Bauteil eingefasst, hier nur ein Teil der Polymerkapselung. Grundsätzlich wird er durch die wirkenden Kräfte komprimiert.

Ich möchte die generierte Spannung unter Belastung ermitteln.
Wenn ich die wirkenden Kontaktkräfte auf dem Piezo (140 N) zur Abschätzung in die Formel U=g_33*F*h_schicht/A einsetze ergeben sich 12.4 V.
Bei meiner Netzkonvergenzanalyse  (in jedem Schritt bekommt jedes Layer dabei eine Elementschicht mehr) des gesamten Modells nähert sich dieser Wert von 14 V dem Wert 11.9 an (aber alternierend). Für das feinste Netz ergibt sich aber dann wieder ein Wert von ~21 V.
Werte im Bereich von 21 V habe ich auch beobachtete wenn ich das Netz lokal wieder vergröbert habe.

Ich verstehe nicht warum diese Werte bei geringen Netzänderungen plötzlich so stark abweichen, und immer im Bereich von 12 bzw 21 V liegen. Gibt es Effekte die ich hierbei übersehe?

Vielen Dank für eine Antwort, ich helfe gerne bei Verständnisfragen zum Modell.

VG

PS: Ich habe auch die Verschiebungen für die Modelle mit 12 bzw 21 V in Submodelle Übertragen in denen nur das Piezoelement vorhanden war (dh auf die Ober und Unterseite des Elementes aufgebrachte Verschiebungen) und hier die Netzdichten verändert. Dabei änderten sich die Werte nicht stark und lagen immer bei den initialen von 12 bzw 21 V.

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Warum immer so sparsam mit den Informationen:

- Netzbeschaffenheit, Elemente über Dicke
- Kontakte, Algorithmus
- RBs

???

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Weil das ganze Modell sicherlich viel zu kompliziert ist und hier nicht mehr zu beitragen würde bzw nur schwer zu erklären ist.
Das Problem tritt so auch bei Reduzierung des Modells auf zb im Submodell.

Kontakt Piezo / Polymer: reibunsgbehaftet (µ=0.3), Lagrange
Netz:
- Polymer: Automatisch vernetzt (Tetraeder, quadratischer Ansatz)
- Piezo: Hexaeder (Sweep, quadratischer Ansatz)

Das ganze wird gelagert und von Außen mit einer Kraft belastet.

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Das bezweifel ich. Dann ich wünsche ich noch gutes Gelingen. Die elektrischen Spannungen ergeben sich aus einer Matrixmultiplikation, somit verhält sich die lokale elektrische Spannung entsprechend der Kontaktspannung. Bei einer Netzabhängigkeit können Singularitäten die Ursache sein. Entweder unendlich scharfe Kanten. Oder eben zu hohe Konstaktsteifigkeit, falscher Algorithmus, nicht passende Kontaktvernetzung etc.

Steht aber alles im Guide der Act mit einigen Übungsbeispielen, die man auf jeden Fall wahrnehmen sollte.

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danke, das habe ich schon durchgespielt.

vielleicht kann ja noch jemand konkreter helfen.
An den Kontakten habe ich schon gedreht.
Erstaunlicherweise tritt es ja auch nicht "nur so auf" sondern für macnhe Netze und andere wieder nicht.

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Ich glaube diese Hoffnung wird keiner nachkommen können.

Als kleiner Abschlusstipp:

Bitte mal die Grundlagen bezüglich Singularitäten anschauen, das könnten auch lokale Materialplastifizierungen usw. sein. Außerdem sollte man nicht an den Kontakten "rumspielen" sondern den Fehler eingrenzen und die Ursache der Singularität finden. Über eine Auswertung des Konaktools, sowie Spannungen. Dabei wäre es empfehlenswert das Pieozelement als eigenständiges Modell zu simulieren um die Singularität einzugrenzen. Die Ursache wird aber höchstwahrscheinlich beim Tetraeder vernetzten Solid, dem Hüllkörper, und deren Kontaktvernetzung und Materialdefinition zu finden sein.

[Diese Nachricht wurde von Duke711 am 18. Sep. 2019 editiert.]

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Deine Antworten helfen mir leider nicht besonders das Problem anzugehen, auch keine Unterstellung mal die Tutorials zu machen.

Bzgl der Singularität und Kontakt: Da die ersten beiden Schichten die mit der Ummantelung in Kontakt kommen passiv sind, also nicht als piezoelektrischer Körper definiert sind habe ich hier nachgefragt da ich es unwahrscheinlich fand das dieser Kontakt eine solche drastische und sprunghafte Auswirkung auf die (erst 3...6 Elemente) darunterliegende piezoelektrische Schicht haben sollte.

PS: Alle Materialien sind linear elastisch, kein Plastisches verhalten

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Update

Ich habe das Problem gelöst (angestiegene el. Spannungswerten bei einigen Netzen).
Ursächlich ist der Workflow und die Einstellung des Einheitensystems.

Grundsätzlich kann (in der 18.1 Version) die Piezo MEMS Applikation nur Solver-Inputfiles für bestimmte EInheitensysteme erstellen ("(m, kg, N, s, V, A) or (um, kg, uN, s, V, mA)").
Allerdings können die für den Piezo Body relevanten Werte (Permitivität, e33, etc.) in verschd. Einheitensystem angeben werden (beim Umstellen des Einheitensystems werde diese auch korrekt umgerechnet!
Da ich lieber im (mm, kG, N, mV, mA) System arbeite (wegen der Spannungen in MPa und der mm) habe ich in den Analyse Einstellungen das Solver Unit System von "active" auf "mks" umgestellt, damit für die Solver Input Datei das von Piezo MEMS gefrderte System verwendet wird.
Anscheinend werden alle Werte für den Piezo auch korrekt rausgeschrieben/umgerechnet NUR der Wert für die Permetvität nicht, damit ist dieser in einer falschen Größenordnung!
Dh im Inputfile ist der Wert "EMUNIT, EPZRO," falsch.

Ich habe dies gecheckt, bei Netzen die die unerwarteten hohen el. Spannungswerte geliefert haben trat dies auf, durch anpassen des Wertes (im Inputfile direkt oder durch erneutes generieren des Inputfiles bei korrektem Einheitensystem) ergaben sich erwartete el. Spannungswerte.

PS: Ich habe die App Entwickler kontaktiert, ggf übernehmen sie dies ja in einem neuen Release.

[Diese Nachricht wurde von Jim.Lagies am 20. Sep. 2019 editiert.]

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