压电驱动风机叶片的模拟

压电性——指的是发生在压电材料结构和电场之间的耦合属性。对压电材料施加电压可以使其产生位移，同时振动压电材料可以产生电压。

压电耦合是一些单晶体的自然特性，如：石英、铁电陶瓷（PZT）、压电聚合物（PVDF）。直接的压电耦合可以把机械能转换为电能，而反压电耦合则是将电能转换为机械能。

在压电分析中，结构场和准静电场通过压电常数耦合。

问题描述

一压电驱动的风机叶片结构如下，分析其模态及在115伏60Hz下的响应。

压电驱动风机叶片真实模型

 

压电驱动风机叶片几何模型

模态分析

设置各个部件的材料属性，尤其压电材料。在Engineering Data中，创建新的材料命名为“Piezo”，密度输入为7500kg m^-3，以表格的形式输入压电材料的各向异性弹性模量。

对两块压电晶片零件赋予Piezo材料属性，同时在Piezo2 body顶部上建议一个y轴反转的局部坐标系作为压电极化方向。

设置面尺寸及体尺寸，网格划分如下：

在分析设置明细中Options的Max Modes to Find输入3，其余保持默认；FR4板上的两圆孔面施加固定约束。

插入Piezoelectric Body对两压电晶片零件添加压电属性如下：

插入Voltage对下面的压电晶片底部添加0电压值；同时对两压电晶片零件的接触面添加Voltage Coupling。

求解得到前三阶频率为60Hz、340Hz、352Hz，振型如下：

谐响应分析

谐响应分析的边界条件在模态分析的基础上，再在上部压电晶片部件的顶面添加电压115V

采用完全法进行分析，扫频范围为59Hz到61Hz，间隔为20；刚度系数通过阻尼vs频率添加，频率60Hz时对于阻尼系数为0.01.

求解得到压电风机叶片尖端的频域响应，右击频域响应结果，选择create contour result，创建最大振幅对应的位移结果。