2024年5月9日发(作者：宏毅君)
用ANSYS软件分析压电换能器入门
A：分析过程基本步骤
一：问题描述（草稿纸上完成）
1：画出换能器几何模型，包括尺寸
2：选定材料
3：查材料手册确定材料参数
二：建立模型
1：根据对称性确定待建模型的维数
2：根据画出的几何模型确定关键点坐标，给关键点编好号码
3：建立一个文件夹用于当前分析
4：启动ANSYS软件，指定路径到建立的文件夹，
5：定义单元类型
压电换能器分析使用的单元类型：
solid5：8个节点3D六面体耦合场单元（也可缩减为三角柱形单元或四面体单元）。无实常数。
plane13：4个节点2D四边形耦合场单元（也可缩减为三角形单元）。无实常数。
solid98：10个节点3D四面体耦合场单元。无实常数。
Fluid30：8个节点3D六面体声学流体单元（也可缩减为三角柱形单元或四面体单元）。应用
于近场水和远场水。实常数为参考声压，可缺省。
Fluid130：4个节点面无穷吸收水声学流体单元（也可缩减为三角形面单元）。实常数：半径，
球心X，Y，Z坐标值。
6：定义材料参数
对一般均匀各向同性材料要给出材料密度，杨氏模量，泊松系数。（静态分析不用密度）
对压电材料：
一般使用的压电方程：e型压电方程，因此输入的常数为
E
c
11
E
C
E
c
12
E
c
22
E
c
13
E
c
23
E
c
33
E
c
14
E
c
24
E
c
34
E
c
44
E
c
15
E
c
25
E
c
35
E
c
45
E
c
55
E
c
16
E
c
26
E
c
36
E
c
46
E
c
56
E
c
66
对称
e
11
e
21
e
e
31
e
41
e
51
e
61
e
12
e
22
e
32
e
42
e
52
e
62
e
13
e
23
e
33
e
43
e
53
e
63
1
S
1
S
2
S
2
S
33
注意！一般顺序为：XX，YY，ZZ，YZ，XZ，XY。在ANSYS中为XX，YY，ZZ，XY，
YZ，XZ。因此，前两矩后三行和后三列要做相应变化。
7：建立关键点
8：把关键点连成线
9：把线段围成面
10：通过适当的方法生成体
11：指定单元类型和材料参数
12：划分线段
13：划分体单元
14：坐标转换，（转换到柱坐标系下）
15：节点转换
三：加载约束条件
1：加载边界约束条件
2：电极上加电压
四：求解
1：模态分析
2：谐响应分析
五：查看结果
1：查看模态分析结果，计算导纳。
2：各模态的动态演示
3：查看谐响应分析结果，计算导纳、发射与接收响应。
六：生成命令流文件
1：给程序分块，添加适当的注释
2：把相应参数具体值改成变量，同时给变量赋值
B：空气中建模过程
一：问题描述
弯曲式换能器实体模型为轴对称结构。结构尺寸如图所示。弯曲式换能器由压电陶瓷，
‘金属壳’粘结而成，粘结材料为环氧树脂。由于粘结层为一薄层，建模的时候可以忽略。
本例中‘金属壳’材料采用铝，压电材料选择压电陶瓷PZT5。
结构参数
对应值
r
1
10mm
r
2
17mm
r
3
20mm
h
10mm
t
j
0.5mm
t
y
0.5mm
t
d
3mm
2024年5月9日发(作者：宏毅君)
用ANSYS软件分析压电换能器入门
A：分析过程基本步骤
一：问题描述（草稿纸上完成）
1：画出换能器几何模型，包括尺寸
2：选定材料
3：查材料手册确定材料参数
二：建立模型
1：根据对称性确定待建模型的维数
2：根据画出的几何模型确定关键点坐标，给关键点编好号码
3：建立一个文件夹用于当前分析
4：启动ANSYS软件，指定路径到建立的文件夹，
5：定义单元类型
压电换能器分析使用的单元类型：
solid5：8个节点3D六面体耦合场单元（也可缩减为三角柱形单元或四面体单元）。无实常数。
plane13：4个节点2D四边形耦合场单元（也可缩减为三角形单元）。无实常数。
solid98：10个节点3D四面体耦合场单元。无实常数。
Fluid30：8个节点3D六面体声学流体单元（也可缩减为三角柱形单元或四面体单元）。应用
于近场水和远场水。实常数为参考声压，可缺省。
Fluid130：4个节点面无穷吸收水声学流体单元（也可缩减为三角形面单元）。实常数：半径，
球心X，Y，Z坐标值。
6：定义材料参数
对一般均匀各向同性材料要给出材料密度，杨氏模量，泊松系数。（静态分析不用密度）
对压电材料：
一般使用的压电方程：e型压电方程，因此输入的常数为
E
c
11
E
C
E
c
12
E
c
22
E
c
13
E
c
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E
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33
E
c
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E
c
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E
c
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c
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c
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E
c
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E
c
26
E
c
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E
c
46
E
c
56
E
c
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对称
e
11
e
21
e
e
31
e
41
e
51
e
61
e
12
e
22
e
32
e
42
e
52
e
62
e
13
e
23
e
33
e
43
e
53
e
63
1
S
1
S
2
S
2
S
33
注意！一般顺序为：XX，YY，ZZ，YZ，XZ，XY。在ANSYS中为XX，YY，ZZ，XY，
YZ，XZ。因此，前两矩后三行和后三列要做相应变化。
7：建立关键点
8：把关键点连成线
9：把线段围成面
10：通过适当的方法生成体
11：指定单元类型和材料参数
12：划分线段
13：划分体单元
14：坐标转换，（转换到柱坐标系下）
15：节点转换
三：加载约束条件
1：加载边界约束条件
2：电极上加电压
四：求解
1：模态分析
2：谐响应分析
五：查看结果
1：查看模态分析结果，计算导纳。
2：各模态的动态演示
3：查看谐响应分析结果，计算导纳、发射与接收响应。
六：生成命令流文件
1：给程序分块，添加适当的注释
2：把相应参数具体值改成变量，同时给变量赋值
B：空气中建模过程
一：问题描述
弯曲式换能器实体模型为轴对称结构。结构尺寸如图所示。弯曲式换能器由压电陶瓷，
‘金属壳’粘结而成，粘结材料为环氧树脂。由于粘结层为一薄层，建模的时候可以忽略。
本例中‘金属壳’材料采用铝，压电材料选择压电陶瓷PZT5。
结构参数
对应值
r
1
10mm
r
2
17mm
r
3
20mm
h
10mm
t
j
0.5mm
t
y
0.5mm
t
d
3mm