第18章耦合分析典型实例
18.1 压电材料与控制装置的强耦合模型
18.1.1 模型描述
如图18-1所示结构，外部环型结构为激励控制部件，其在外力作用下变形产生挤压效应。结构中间横梁为压电材料，其在控制部件的挤压下产生电势差。
18.1.2 分析目标
●线性静力分析
●耦合系统的模态分析
●耦合系统谐响应分析
●耦合系统瞬态响应分析
18.1.3 线性静力分析
我们将分析压电材料对指定常电压的反应，同时也会得到环形激励控制部件的变形。
1. 模型处理及准备
(1)打开Samcef Field软件
(2)在求解模块对话框Solver Driver Setting中进行如下设定：
Domain=Piezeoelectric Analysis
Solver=OOFELIE
Analysis type=Linear Static
(3)点击工具菜单中File\Import geometry，在出现的Input对话框中，直接进入
samceffield安装路径下的example文件夹，选择brep\piezoelectrics\Actuator.brep，点
击导入模型。
(4)点击工具菜单中的File\Save As将文件另存到一新的工作路径中。
2. 建立分析数据
点击按钮进入分析数据定义模块。
(1)几何属性和材料属性
我们先来定义两个非压电部分的属性，对于本例来说就是外部的环和两个压电体中间的连接部分。
1)在数据树或3D显示区域选择”Actuator”，点击工具栏中的几何属性定义
按钮，在几何属性定义对话框中，几何类型(behavior)选择体，对象选择类型(place on)
选择。几何属性(type)选择柔体，在3D显示区域选择以下两个高
亮显示部分作为Flexible part（如图18-2）。
图18-2 非压电部分的选择
2)点击工具栏中的材料特性定义按钮，Place on仍旧选择上面提到的两个实体，材料
特性定义对话框中进行如下定义。
- Type : Isotropic
- Young modulus : 2.1e11 Pa
- Poisson ratio : 0.3
- Mass density : 7800 kg/m³
注：在OOFELIE定义材料特性时，和结构分析中定义材料有一定区别，对于一般线弹性本构模型，只需给出弹性模量，柏松比以及材料的密度。
接下来我们来定义压电材料的属性。
3)仍旧点击工具栏中的几何属性定义按钮，几何类型（Behavior）选择
导体，对象选择类型（place on）选择。导体类型（Type of orientation）选择（横向同性）。Transverse isotropic direction选
择轴方向，选择图18-中的高亮部分，点击确认。如图18-3中a）
a）b）
图18-3 压电部分的选择
4)保持其它不变，再选择图18-3中b）中高亮部分，点击
后的反向控制按钮，点击确认操作。
注：在定义压电体几何特性时，需确定导体几何类型，其电势方向一般为横向同性面的法向。当向给定反向导电方向，可以选择反向按钮进行操作。
5)选择主菜单File\Import data，进入samceffield的安装目录，选择data文件夹，找
到PZT4材料数据（如图18-4）。点击确认。此时，数据树中的Data Library
中可以双击PZT4查看材料数据。此时，可以对材料数据进行相应的修改，在”data library”中的材料数据可被模型中的任意”part”引用。
图18-4 导入的材料数据
6)选择部件，并进入材料特性定义模块，选择两块导体。并在材料特性定义窗口选择
Bound to。选择，点击确认定义。
注：可以有效灵活的管理材料特性，当在数据树中”Data library”的材料数据改变时，所有赋予了该材料特性的对象的材料特性也随之改变。
(2)边界条件的加载
1)选择部件，并点击进行边界条件的加载，将边界条件类型Constraint设
定为全约束，将施加对象Place on设定为。在3D显示区域选择图
18-5中高亮显示的面，点击确认选择。
图18-5 约束类型为Clamp的面
2)选择模型，仍旧点击定义边界条件。在边界条件定义对话框中选择，约
束类型为，选择图18-6中高亮显示的面，并点击确定。
图18-6 约束类型为Null Potential的面
注：可以按住Ctrl与鼠标组合进行旋转、放大/缩小操作，并将鼠标放置于面的几何中心附近更容易找到要选择面。
3)选择模型，再次并点击。在边界条件定义对话框中，将边界条件类型设
定为电势差< Prescribed Potential>，电势差值输入110V，选择图18-7中高亮显示的
面。
图18-7 约束类型为Prescribed Potential的面
3. 网格划分
选择按钮进入网格划分模块
(1)在数据树中或在3D显示区域选择模型，点击工具栏中的网格尺寸定义按钮
。在网格定义菜单内，将网格平均尺寸定义为0.5mm，点击确定
