Pumpov

Пьезоэлектрики в Static Structural

Pinned posts

Добрый день.

 

Столкнулся сначала с проблемой, что не удается без GUI в Ansys 14.0 задавать пьезоэлектрические свойства и нагрузки для расчета в Static Structural.

Посмотрел tutorials на youtube, в том числе за авторством @soklakov, за что спасибо.

Только вот при применении стандартных Commands ничего не происходит, по неясной причине.

Для примера, задаю тело - прямоугольный параллелепипед, делаю Named Selections двух противоположных граней:

Electrode.png.798691cea29b23093c6f9571b9495768.png

Затем, задаю свойства пьезоэлектрика, с учетом того, что у сетки Hex Dominant Method (226):

Cmd_mat.png.bfaf55ff2f9592869d56e115a534f326.png

Выставляю нагрузку:

Cmd_d.png.e8738e4ee28e111ec12b16b7d41885c5.png

В результате, в решении, с телом ничего не происходит просто...

Чтобы проверить, я пробовал для примера задать давление:

d, POS, PRES, 10000

ничего так же не произошло, а в Solution Information было написано "An inactive degree of freedom label (PRES) was found on the D command",

"The current degree of freedom set is: UX UY, UZ, VOLT".

 

Кстати, аналогично и про VOLT было ранее написано, вместе с "The current degree of freedom set is: UX UY, UZ". Потом почему-то перестало.

Но все-равно желанного обратного пьезоэффекта в решении не наблюдается.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites


UnPinned posts

Сам разобрался, не без того, что вспомнил совет из видеоролика от @soklakov, что лучше выбрать Solver Type "Direct", нежели "Program Controlled", в этом главный ключ оказался.

И надо писать не "mat", или что-то произвольное, а "matid".

Сбило еще то, что сначала, вместо "mat", было "matid", и решение вообще не срабатывало (красная молния). Потом, я заметил, что при замене "matid" на другое слово, решение стало срабатывать, но без какого-либо эффекта, относительно начального состояния. Такая вот короткая сага проб и ошибок.

 

А насчет задания давления - там "sf" нужно, а не "d", я перепутал. В Help написано, что при "d" можно задавать давление PRES во FLOTRAN fluid labels ...

1 person likes this

Share this post


Link to post
Share on other sites

Еще раз здравствуйте.

Очень прошу помочь тех, кто знаком с пьезоэлектричеством в ANSYS. Вопрос связан с поперечным пьезоэффектом.

Поясню на конкретном простом примере.

Рассматриваю, для начала, тело из изотропного по механической упругости материала. Тело - кубик, для простоты.

Т.к. длины всех его сторон одинаковы, то коэффициент Пуассона связывает не только относительные, но и абсолютные малые деформации по различным измерениям.

Далее. Если между противоположными гранями кубика, по направлению Х, приложить напряжение V_1, то в случае продольного пьезоэффекта:

dlx.png.786430a55acd3b49be005994b3c2d169.png, dlyz.png.732b887ef3d075f841995856349ec9c9.png.

Так и сработало при моделировании.

А вот с поперечным пьезоэффектом в ANSYS, не могу понять, в чем дело.

Я полагал, что при задании - tbdata,4,"number" - только коэффициента e21, деформации должны быть:

dly_e21.png.60396bc2e12ee579e04ea09fc17d2f37.png,dlxz_e21.png.d02d3e6ac7d0546ec40c3bdce93957d4.png.

А ANSYS, при этом, выдает следующие характерные деформации:

 

DefY.png.937267d198ef535c9aaa4b453578a1c8.png

DefX.png.d8d37af1806f3a1d1f5c3d7f6916d33c.png,DefZ.png.325d10ad40c10d2fc10f234c1610ebfc.png.

Ожидал, что качественно, с точностью до знаков, получится так:

e22.png.4c104762f70f60ecdd59021fbaa5fdca.png

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 часа назад, Pumpov сказал:

тело из изотропного по механической упругости материала.

допустим, не работает пьезоэффект на изотропных телах. начинайте сразу с ортотропного. просто параметры одинаковые задайте, если очень изотропного хочется. и расскажите,что получилось)

1 person likes this

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 час назад, soklakov сказал:
23 часа назад, Pumpov сказал:

тело из изотропного по механической упругости материала.

допустим, не работает пьезоэффект на изотропных телах. начинайте сразу с ортотропного. просто параметры одинаковые задайте, если очень изотропного хочется. и расскажите,что получилось)

 

Ок! Будем проверять...

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 6   Posted (edited)

В 05.10.2018 в 21:39, soklakov сказал:

допустим, не работает пьезоэффект на изотропных телах. начинайте сразу с ортотропного. просто параметры одинаковые задайте, если очень изотропного хочется. и расскажите,что получилось)

Заработало! Спасибо большое за подсказку!

Кстати, нужно было ввести еще значения perx, pery, perz. Хотя них, при заданном напряжении между двумя гранями кубика, здесь ничего не зависит.

 

Правильно ли я понимаю, что при задании пьезоэлектрической матрицы e_ij с помощью Commands (если версия 14.0), не нужно никак указывать направление Polarization Axis? В том смысле, что значения e_ij, с учетом знаков, полностью определяют свойства пьезоэлектрика.

Edited by Pumpov
Дополнение.

Share this post


Link to post
Share on other sites
В 09.10.2018 в 10:26, Pumpov сказал:

Правильно ли я понимаю, что при задании пьезоэлектрической матрицы e_ij с помощью Commands (если версия 14.0), не нужно никак указывать направление Polarization Axis?

так или иначе ось будет. 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Добрый день ещё раз.

 

Обнаружил  эффект, что расчет прогибов вследствие обратного пьезоэффекта в Static Structural сильно зависит от качества и размера сетки.

 

Для примера:

Берем тонкий диск, делаем Fixed Support боковой поверхности, задаем между верхней и нижней круговыми гранями разность потенциалов, включаем расчет деформации в поперечном направлении.

При грубой сетке, Coarse, получается прогиб в одну сторону, а при достаточно мелкой, Fine, прогиб уже в другую сторону. Это при том, что по толщине диск размельчен достаточно сильно с помощью Edge Size.

Кроме того, если сетка строится несимметрично в плоскости круговой грани, то ANSYS может выдать прогиб в виде "смещенного от центра холма".

Т.е. пьезоанализ такой привередливый? С приложением давления или сил не помню заметных перекосов.

1 person likes this

Share this post


Link to post
Share on other sites

@Pumpov , было бы лучше что-то вроде "делаю так - получается одно, делаю эдак - другое. вот проект". ну или хотя бы картинки-графики. и без субъективныхъ оценок "достаточно".

3 часа назад, Pumpov сказал:

Т.е. пьезоанализ такой привередливый?

а в целом - да)

1 person likes this

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 часа назад, Pumpov сказал:

С приложением давления или сил не помню заметных перекосов.

у меня было, я вот недавно только узнал:blush2:, что стоит "ограничивать" максимальный шаг. бывает "проскакивает", и решение немного по-другому себя ведет.

Share this post


Link to post
Share on other sites
16 минут назад, soklakov сказал:

@Pumpov , было бы лучше что-то вроде "делаю так - получается одно, делаю эдак - другое. вот проект". ну или хотя бы картинки-графики.

Конкретнее.

Диск, диаметр 254 мм, толщина 1 мм. Fixed Support на боковой поверхности.

Электрическое напряжение (потенциалы) на всей верхней грани – 1000 В, на всей нижней – 0 В.

e33 – положителен; e13, e23 – отрицательные, примерно в 1.8 раз меньше по модулю; e42, e51 – я так понял, здесь не влияют.

Сетка MultiZone, 8 слоев по толщине Edge Size. Сначала был расчет Coarse, потом – Fine.

Считал с помощью Symmetry, 1/2-ю диска. Хотел сначала 1/4-ть, но из-за краевого эффекта в центре там вообще некрасивый выступ, как Чертов Палец на горе;)

 

Coarse.png.8466fb31b34c92407d932e9e271c80b0.pngprogib_W_Coarse.png.15419a71eedda630c8c4e8a1bb57b15a.png

Fine.png.b93721a8c73da7ff09a25e2fc6744088.pngprogib_W_Fine.png.ff92c12ece4be392d7732417cb728518.png

Пластина по физике должна выгибаться вниз. Но как объяснить, что при грубой сетке – не просто другие числа, а принципиально неверный результат...

 

3 минуты назад, Mrt23 сказал:
4 часа назад, Pumpov сказал:

С приложением давления или сил не помню заметных перекосов.

у меня было, я вот недавно только узнал:blush2:, что стоит "ограничивать" максимальный шаг. бывает "проскакивает", и решение немного по-другому себя ведет.

Максимальный шаг - размер ячейки сетки?

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 12   Posted (edited)

7 минут назад, Pumpov сказал:

Максимальный шаг - размер ячейки сетки?

не могу сказать, я ставлю Т/100 если очень аккуратно нужно приложить нагрузку, либо Т/20, когда все "предсказуемо".

я про нелинейный расчет.

Edited by Mrt23

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 13   Posted (edited)

В 15.10.2018 в 16:15, Pumpov сказал:

Пластина по физике должна выгибаться вниз. Но как объяснить, что при грубой сетке – не просто другие числа, а принципиально неверный результат...

 

Похоже, что ошибся. При зажатой боковой поверхности вклада в прогиб не будет от поперечного пьезоэффекта. Только малые прогибы ("мениски" - в противоположные направления по вертикали) от продольного эффекта должны быть. Но, кстати, даже если задать нулевым e33, то ANSYS тем не менее выдает прогибы верхней и нижней круговых граней, причем, в одинаковом направлении, аналогично случаю свободного опирания (только на два порядка меньше величиной).  Численная ошибка?

Edited by Pumpov

Share this post


Link to post
Share on other sites
В 17.10.2018 в 15:25, Pumpov сказал:

Численная ошибка?

в 95% процентов случаев:

В 17.10.2018 в 15:25, Pumpov сказал:

Похоже, что ошибся.

Виноват пользователь.

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 15   Posted (edited)

Добрый день. Есть дополнительный вопрос о Piezoelectric Analysis.

Вопрос связан с конвертированием piezoelectric strain matrix [d] в piezoelectric stress matrix [e].

В Help моей версии https://www.sharcnet.ca/Software/Fluent14/help/ans_thry/thy_coup2.html говорится, что можно использовать ввод данных в виде [d], но при этом надо использовать в моем случае, я понял - TB,PIEZ,MATID,,,1 (TBOPT = 1); температура у меня не меняется, я пропускаю NTEMP и NPTS.

 

ANSYS выдает ошибку: An unknown error ocurred during solution. Check the Solver Output on the Solution Information object for possible causes.

 

В Solution Information: No ANEL table exists for material 1. Cannot convert the piezoelectric strain matrix [d] to piezoelectric stress matrix [e].

 

Для определения матрицы [c] предлагают использовать TB,ANEL комманду. Но если я в Engineering Data уже ввел все модули упругости и коэффициенты Пуассона для данного (в моем случае ортотропного) пьезоэлектрика, то разве нужно снова эти данные вводить с помощью TB,ANEL? Последняя команда определяет анизотропные упругие свойства. Или надо ввести все коэффициенты через TB,ANEL так, чтобы получался частный случай ортотропного упругого тела? Если так, то можно ли альтернативно этой команде в Engineering Data выбрать Anisotropic Elasticity и там забить все D_ij ?

 

Вообще проверил, что при задании TB,PIEZ,MATID,,,0 (TBOPT = 0) программа работает, как и должна по умолчанию.

 

 

 

Edited by Pumpov
space

Share this post


Link to post
Share on other sites
23 часа назад, Pumpov сказал:

Если так, то можно ли альтернативно этой команде в Engineering Data выбрать Anisotropic Elasticity и там забить все D_ij ?

а попробовать?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 17   Posted

В 24.10.2018 в 16:10, soklakov сказал:
В 23.10.2018 в 16:48, Pumpov сказал:

Если так, то можно ли альтернативно этой команде в Engineering Data выбрать Anisotropic Elasticity и там забить все D_ij ?

а попробовать?

Добрый день. Позвольте продолжить тему.

 

При расчета прогиба пьезоэлектрического диска вследствие поперечного пьезоэффекта я попробовал задавать пьезомодули материала в формате TB,PIEZ,MATID,,,1 .

Для этого в Engineering Data я для данного материала заполнил таблицу "Anisotropic Elasticity" (левая нижняя четверть таблицы в данном случае - нули). А в командной вставке написал:

 

TB,PIEZ,MATID,,,1

TBDATA,3,-180E-12

 

(задал коэффициент d13)

 

Тем не менее, ANSYS выдает ошибку: "An unknown error ocurred during solution. Check the Solver Output on the Solution Information object for possible causes."

Сообщение в Solution Information: "No ANEL table exists for material 1. Cannot convert the piezoelectric strain matrix [d] to piezoelectric stress matrix [e]."

 

Вопрос: почему введенная в Engineering Data таблица "не видится" для конвертации [d] в [e] ?

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 18   Posted

В 14.05.2019 в 17:17, Pumpov сказал:

Вопрос: почему введенная в Engineering Data таблица "не видится" для конвертации [d] в [e] ?

потому что прописывается не как таблица ANEL.

Если командами прописать ANEL работает ведь?

1 person likes this

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 19   Posted

В 27.05.2019 в 16:20, soklakov сказал:
В 14.05.2019 в 17:17, Pumpov сказал:

Вопрос: почему введенная в Engineering Data таблица "не видится" для конвертации [d] в [e] ?

потому что прописывается не как таблица ANEL.

Если командами прописать ANEL работает ведь?

В принципе работает, спасибо. Но результат получается численно неверный.

Для примера снова взял изотропный кубик из пьезоматериала с коэффициентом Пуассона равным нулю. При подаче напряжения между противоположными гранями кубика по направлению оси X деформация по направлению Y равна:

dly_e21.png.aeda5ff9a2a64dce17878a575dcfa471.png.

Параметры следующие:

e_21 = -7, E = 6E+10, V_1 = 500. Тогда dl_y = 5.83E-8, соответственно в 2 раза меньше, на гранях кубика будет 2.9167E-8.

5cf7c175ad582_Kubike.png.9df73e7fee3ad767f1423a684bddedc6.png. Зачет, так сказать.

Если же использовать ввод данных о пьезоматериале в терминах [d], то в данном случае должно выполняться соотношение:

dly_d21.png.f9d7f93b1b886f1eabd914ae3158c53b.png.

В пересчете получается d_21 = e_21/E = -116.67E-12.

Таким образом, ввожу данные в командной вставке:

5cf7c1d49626a_matid_d.png.0db47160c90b86a1f0568663ecbd59e4.png.

Результат следующий:

5cf7c23abc0dd_Kubikd.png.6f903c2579ed9410d8806821494657d8.png.

 

Почему нет совпадения, пусть с точностью до порядка, - не знаю. Правильно хоть ввел d_21, опуская множитель 10^(-12) ?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 20   Posted

13 минуты назад, Pumpov сказал:

Правильно хоть ввел d_21, опуская множитель 10^(-12) ?

а почему опустили?

13 минуты назад, Pumpov сказал:

Для примера снова взял изотропный кубик из пьезоматериала с коэффициентом Пуассона равным нулю.

припоминается, что пьезоэлектрики плохо дружили с изотропным материалом. Может стоит экспериментировать на упругих константах реального пьезоэлектрика? А управляя пьезоэлектрическими константами и условиями закрепления можно ставить достаточно простые задачи с ожидаемым результатом.

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 21   Posted

12 минуты назад, soklakov сказал:
30 минут назад, Pumpov сказал:

Правильно хоть ввел d_21, опуская множитель 10^(-12) ?

а почему опустили?

Когда вводил с такой степенью, соответственно получался результат в 10^12 меньший, совсем абсурдный. Рискнул предположить, что нужно убрать такую степень, т.к. это и есть характерный порядок данной величины. Значит, ошибка в другом?

15 минут назад, soklakov сказал:

припоминается, что пьезоэлектрики плохо дружили с изотропным материалом. Может стоит экспериментировать на упругих константах реального пьезоэлектрика? А управляя пьезоэлектрическими константами и условиями закрепления можно ставить достаточно простые задачи с ожидаемым результатом.

В первом случае, в Engineering Data я как раз и выбирал ортотропный материал и задавал одинаковые константы, для простоты. И все работало правильно.

А во втором случае, если я через команду "MP" ввожу константы для различных направлений, то это разве не воспринимается программой как неизотропность?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 22   Posted

3 минуты назад, Pumpov сказал:

А во втором случае, если я через команду "MP" ввожу константы для различных направлений, то это разве не воспринимается программой как неизотропность?

программой воспринимается. но по факту-то оказывается изотропный материал. я плохо помню подробности, но ортотропия механических свойств, кажется, неотъемлемая часть пьезоэффекта. возможно, даже можно показать что-нибудь на уровне формул, но я не смогу.

Вы можете возразить, что 

6 минут назад, Pumpov сказал:

И все работало правильно.

Я лишь отмечаю возможное поле для ошибки.

8 минут назад, Pumpov сказал:

Значит, ошибка в другом?

пока непонятно.

у вас есть проект, где сравниваются два кубика: один через "е", другой через "d"?

Вы довольно много информации выкладываете, но возможно в проекте удастся заметить что-то еще.

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 23   Posted (edited)

@Pumpov

Цитата

The [e] matrix is typically associated with the input of the anisotropic elasticity in the form of the stiffness matrix [c], and the permittivity at constant strain [εS]. The [d] matrix is associated with the input of compliance matrix   and permittivity at constant stress [εT] 

 

 

Подумал, что, может быть, стоит обратить внимание.

Edited by soklakov

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 24   Posted (edited)

17 часов назад, soklakov сказал:

у вас есть проект, где сравниваются два кубика: один через "е", другой через "d"?

Вы довольно много информации выкладываете, но возможно в проекте удастся заметить что-то еще.

Вот этот небольшой проект:

Kubik_Piezo.wbpz

19 минут назад, soklakov сказал:
Цитата

The [e] matrix is typically associated with the input of the anisotropic elasticity in the form of the stiffness matrix [c], and the permittivity at constant strain [εS]. The [d] matrix is associated with the input of compliance matrix   and permittivity at constant stress [εT] 

 

 

Подумал, что, может быть, стоит обратить внимание.

Посмотрю...

Edited by Pumpov

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 25   Posted

@Pumpov

Цитата

The program converts a piezoelectric strain matrix [d] matrix to a piezoelectric stress matrix [e] using the elastic matrix at the first defined temperature. To specify the elastic matrix required for this conversion, use the TB,ANEL command (not the MP command).

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

ID: 26   Posted

22 минуты назад, soklakov сказал:
Цитата

The program converts a piezoelectric strain matrix [d] matrix to a piezoelectric stress matrix [e] using the elastic matrix at the first defined temperature. To specify the elastic matrix required for this conversion, use the TB,ANEL command (not the MP command).

Точно, сам об этом вспомнил вчера перед сном...

1 person likes this

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!


Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.


Sign In Now

  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.



  • Сообщения

    • areg
      Здравствуйте! Вот детали и спецификация. На чертежах указаны только габариты и особенности резьбовых отверстий. Шероховатость поверхности брать с парасолида - неуказанные поверхности - Rа 6,3. Поверхности выделенные красным - Rа 0,4 (если очень сложно будет то 0,8). Точности по Н8-9. Безчертежные детали из AISI 304, остальные из В95Т1. FMH0.002000.0002 Спецификация.xlsx Детали для обработки.7z
    • GS
    • Фарина
      При создании "добавить объект спецификации" или "создать спецификацию" или создать по сборке выдает вот что:  Может это из за того что у меня установлена строительная конфигурация, так как работаю с инженерными системами? Что то подобное находил в обсуждении на https://forum.ascon.ru/index.php/board,20.0.html 
    • Eraser174
      Карачун получается вот такая хрень, в длину не могу её сделать)) XRENB.X_T
    • shilka
      @cegou Ему нужны какие-либо элементы в детали, чтобы он выделился (отверстия, например). Одно из решений: сделать на одной из точек эскиза вспомогательную поверхность произвольной формы (важна не она, а наличие элемента), размножить её "массивом по эскизу" и затем построить на её основе ассоциативный массив.
    • Борман
      А.. ну да. Интересная задача.    
    • hr4d
      Про потерю устойчивости только в области больших перемещений.  Придумать конструкцию.  Обязательно на уровне формул и матриц желательно с ссылкой на хелп ящика. 
    • Борман
      Не знаю, что за "моя задача", но в задачах устойчивости все что за точкой бифуркации - обычно в больших перемещениях. PS. Ну вот, заставил меня фантазировать. Сейчас набежит, нагадит, накрутит ус на палец и свалит.
    • Z_52
      Поддерживаю Anat2015. Мазаки без документов не ездят. ))) Я Мазак Интегрекс со Смуфом вёл на производстве. Станок и стойка В-Е-Щ-Ь!!!!!
    • SAVe
      Спасибо большое. Расчёт работает. А что делать со следующей бедой (защелка влазит внутрь ведущей детали)? После расчёта позиция деталей не верная получается. А мне как раз важно что бы точно всё на места стало.