Электрическое напряжение на пьезоэлементах Ansys.Workbench.Mechanical+ACT

[German_psv 20]

Добрый день.

 

Все ещё пытаюсь вычислить на двух разнесенных пьезоэлементах суммарное электрическое напряжение, создаваемое акустической волной.

Электрическое напряжение отдельно на каждом пьезоэлементе вычисляется. А суммарное – нет.

Прицепляю самодельный тюториал и проект, в котором результаты уже вычислены.

Т.е. после загрузки проекта, ветка Solution(A6) уже готова для просмотра анимации и анализа полученных результатов.

Посмотрите, пожалуйста, тюториал и, если есть возможность, проект.

Подскажите, как, всё-таки, оставаясь в рамках АСТ, вычислить суммарное напряжение.

Проект размещен здесь https://cloud.mail.ru/public/FBVr/YBamJ6Nec

 

С уважением, Герман

ред1_Tutorial_TwoPiezo.pdf

Изменено 19 октября 2017 пользователем German_psv
уточнение

[German_psv 20]

Добрый день, коллеги.

 

Специалисты подсказывают, что для последовательного электрического соединения существует специальная APDL-команда. Уважаемые коллеги, у меня к Вам большая просьба, если кто знает такую APDL-команду по последовательному электрическому соединению пьезоэлементов, подскажите, пожалуйста, как её записать в окне Commands (APDL), которую можно добавить (вместо Voltage Coupling) в ветку Harmonic Analysis данного проекта https://cloud.mail.ru/public/GmPC/Nsw6MdaTn

 

С уважением, Герман

Изменено 22 октября 2017 пользователем German_psv
уточнение

[soklakov 1 475]

В 22.10.2017 в 09:05, German_psv сказал:

Специалисты подсказывают, что для последовательного электрического соединения существует специальная APDL-команда. Уважаемые коллеги, у меня к Вам большая просьба, если кто знает такую APDL-команду по последовательному электрическому соединению пьезоэлементов, подскажите, пожалуйста, как её записать в окне Commands (APDL), которую можно добавить (вместо Voltage Coupling) в ветку Harmonic Analysis данного проекта https://cloud.mail.ru/public/GmPC/Nsw6MdaTn

видимо, CP

CP,,,,

Суть в том, чтобы создать две именованные выборки, которые связаны идеальным проводником, у них будет одинаковый потенциал. А с помощью команды CP мы связываем эти две выборки по вольтам, как раз добиваясь цели. Voltage Coupling делает тоже самое.

[German_psv 20]

Добрый день, Александр. Спасибо за ответ.

 

В ANSYS Mechanical APDL Coupled-Field Analysis Guide.pdf (2.3.3.4. Command Listing) нашел эту команду (cp), она там используется, в том числе, и для сенсора.

Поэтому отбросил все сомнения насчет Voltage Coupling. Используя эту команду, соединил пьезоэлементы, подключил к ним переменное электрическое напряжение и убедился,

что напряжения на пьезоэлементах делятся (суммируются) правильно.

Мой вывод, что напряжения на последовательно соединенных пьезоэлементах не суммируются, объясняется ошибкой интерпретации результатов вычислений.

Скорее всего напряжения на пьезоэлементах несинфазны, так как нижний пьезоэлемент затеняется верхним.

К сожалению, в АСТ нет возможности получить фазовый график электрического напряжения аналогичный тому, какой предлагается для деформации,

чтобы сравнить фазы напряжений на пьезоэлементах

 

С уважением, Герман.

ред2_Tutorial_TwoPiezo+Acoustics.pdf

Изменено 24 октября 2017 пользователем German_psv
уточнение

[soklakov 1 475]

4 часа назад, German_psv сказал:

К сожалению, в АСТ нет возможности получить фазовый график электрического напряжения аналогичный тому, какой предлагается для деформации,

чтобы сравнить фазы напряжений на пьезоэлементах

Я не уверен, что правильно понимаю, в чем проблема, но, может быть, Вам поможет включение бета-опций. Для гармонического анализа включение бета-опций позволяет выводить пользовательский результат, включая электрические напряжения.

 

Что касается просмотра фаз - то это скорее в настройках результата меняется и не зависит от просматриваемой переменной. Здесь понятно о чем речь или картинки дать?

 

4 часа назад, German_psv сказал:

Мой вывод, что напряжения на последовательно соединенных пьезоэлементах не суммируются, объясняется ошибкой интерпретации результатов вычислений.

Скорее всего напряжения на пьезоэлементах несинфазны, так как нижний пьезоэлемент затеняется верхним.

Может дело в акустике? Я имею в виду, что если вы подадите с одного конца Вашей последовательной цепи электрическое напряжение, а с другого заземлите, то все вполне будет подчиняться законам Кирхгофа и напряжение на участке цепи будет равно сумме напряжений на частях участка. Но когда вокруг прыгает акустическое поле, которое вызывает в Ваших пьезоэлектриках искажения как электрического так и механического поля... Сложно предсказывать заранее. Для того и выполняется расчет.

 

Несколько лет назад мы проводили исследование гидроакустической антенны. Начали с моделирования одного кольцевого пьезоэлектрика. После чего нужно было объединить их в последовательную цепь. Ведь падающая акустическая волна вызывает в одном кольце напряжение 1мкВ (условно), а в десяти последовательно соединенных - 10 мкВ. В целом похоже на Вашу задачу, вот только в антенне пьезоэлементы одинаково расположены по отношению к падающей волне и не прячутся в тени друг друга. Так что Ваши рассуждения о причинах несинфазности выглядят стоящими.

[soklakov 1 475]

@German_psv , я бы предложил Вам использовать Radiation Boundary вместо PML. Сильно проще и нагляднее. А то эти границы зеленых элементов смущают.

И еще одно: я не увидел у Вас заземление в задаче с последовательным соединением. Вы его выполняете?

[German_psv 20]

Добрый день, Александр.

Смотрел, что получается с заземлением и без, с Voltage Coupling и без.

Результаты приводятся в таблице.

С заземлением (на Stop'e анимации) получается странный результат: не стыкуется напряжение на нижнем пьезо с напряжением на верхнем - никакого Кирхгофа.

Может быть я не правильно понимаю значения, которые выводятся на колорбаре  при остановке анимации, эти значения выводятся также и в таблицу Details of Voltage piezo_up.

Когда проводил тестирование модели при подключении к пьезам внешнего эл. напряжения, именно на Stop'e  соблюдался закон Кирхгофа.

 

 

Опции	Электрическое напряжение На нижнем пьезоэлементе, Вольт	Электрическое напряжение На верхнем пьезоэлементе, Вольт
	Данные снимаются с колорбара
Без Voltage Coupling	±111.4e-06	±160.4e-06
С Voltage Coupling, но без Ground	Напряжение на обеих пьезо поотдельности и их сумме - одинаковое ±130.2е-06
С Voltage Coupling,  Ground включено	В анимации ±58.9е-06	В анимации ±61.8е-06
	На Stop'e от -7.3е-06  до  0	На Stop'e От -5.6е-06 до 1.7

 

15 часов назад, soklakov сказал:

Я не уверен, что правильно понимаю, в чем проблема, но, может быть, Вам поможет включение бета-опций. Для гармонического анализа включение бета-опций позволяет выводить пользовательский результат, включая электрические напряжения.

Электрическое напряжения выводится, тут проблем нет. Сожаление в том, что нет опции для вывода графика фазы электрического напряжения на пьезоэлементе.

Например, для Total Deformation имеется опция для вывода графика фаз деформации, которая включается следующим образом:

Solution(A6): ПКМ-> Total Deformation->Insert->Phase Response->Deformation -- в окно выводится график величины деформации,

по которому можно судить о сдвиге начальной фазы деформации выбранного пьезоэлемента.

Рассматривая эти графики для двух пьезоэлементов, можно судить о сдвиге фазы колебаний деформации между ними.

Без аналогичных графиков о сдвиге фаз электрического напряжения  на пьезоэлементах можно только догадываться.

 

С уважением, Герман

Изменено 25 октября 2017 пользователем German_psv
уточнение

[German_psv 20]

В дополнение:

два пьезоэлемента установил в плоскости XOY, немного поодаль друг от друга.

Получается, что при последовательном соединении пьезов надо обязательно применять Ground. В этом случае напряжения суммируются,

при этом результаты на стопе и в анимации логически стыкуются.

 

Опции	Электрическое напряжение На левом пьезоэлементе, Вольт	Электрическое напряжение На правом пьезоэлементе, Вольт
	Данные снимаются с колорбара
Без Voltage Coupling	±91.3e-06	±85.4e-06
С Voltage Coupling, но без Ground	±140.5е-06	±118.9е-06
С Voltage Coupling,  Ground включено	В анимации ±64.9е-06	В анимации ±134.2е-06
	На Stop'e 0 ... -64.9е-06	На Stop'e -64.9е-06 ... -134.2е-06

 

Применение Acoustic Radiation Boundary и исключение PML на результаты вычислений не влияет,

хотя, уменьшение размера сетки, само по себе, очень полезно. 

 

По поводу зеленых границ на PML домене "А то эти границы зеленых элементов смущают"

Зелень по колорбару соответствует средине между отрицательными и положительными значениями, т.е. -- нулю, что и должно быть на внешних границах PML-домена.

 

 

Изменено 25 октября 2017 пользователем German_psv
уточнение

[soklakov 1 475]

4 часа назад, German_psv сказал:

Получается, что при последовательном соединении пьезов надо обязательно применять Ground. В этом случае напряжения суммируются,

при этом результаты на стопе и в анимации логически стыкуются.

Замечательно. Здесь получилось.

5 часов назад, German_psv сказал:

Зелень по колорбару соответствует средине между отрицательными и положительными значениями, т.е. -- нулю, что и должно быть на внешних границах PML-домена.

Да. Только в реальности никакого домена нет, а есть неограниченный акустический объем. В общем, если нет разницы, то зачем платить больше.

 

7 часов назад, German_psv сказал:

Сожаление в том, что нет опции для вывода графика фазы электрического напряжения на пьезоэлементе.

Попробуйте в настройках результата Voltage для гармонического расчета выбрать Phase of Maximum. Возможно, это то, что Вы ищете.

[German_psv 20]

Добрый день, Александр. Спасибо за консультацию. Вы мне здорово помогли.

 

16 часов назад, soklakov сказал:

Попробуйте в настройках результата Voltage для гармонического расчета выбрать Phase of Maximum. Возможно, это то, что Вы ищете.

Теперь насчет фаз.

 

1. Выключил Voltage Coupling. Два пьезоэлемента (левый и правый) установил в плоскости XOY, немного поодаль друг от друга. Сверху падает плоская волна.

Поляризация пьезов одинаковая. Нижние поверхности пьезоэлементов заземлил.

Результат: Phase of Maximum для обеих пьезов составила 250 градусов. Напряжения синфазны.

 

2. Включил Voltage Coupling, только у левого пьезоэлемента заземлил нижнюю поверхность.  

Соединил пьезы в последовательную цепь: верхнюю поверхность левого соединил с нижней поверхностью правого пьезоэлемента.

Результат: Phase of Maximum для левого   пьеза (от заземления первый в цепи) составила 240 градусов,

Phase of Maximum для правого пьеза (от заземления второй в цепи) составила 210 градусов

Фазы (п.1 и п.2) сдвинулись по той причине, что соединяемые (с помощью Voltage Coupling) поверхности пьезов до соединения имели разный потенциал,

после соединения потенциал стал одинаковым, поэтому фазы и поплыли.

 

Таким образом, опция Phase of Maximum работает, (не)синфазность электрических напряжений на пьезоэлементах следует смотреть до их последовательного соединения.

 

С уважением, Герман.

Изменено 26 октября 2017 пользователем German_psv
уточнение

[soklakov 1 475]

10 часов назад, German_psv сказал:

Добрый день, Александр. Спасибо за консультацию. Вы мне здорово помогли.

Пожалуйста! Рад помочь.