ANSYS耦合场分析指南第三章
发表时间：2007-11-20 作者: 安世亚太来源: e-works
关键字: ANSYS耦合场分析CAE教程
3.1.
4.1静态分析
对于静态分析，施加在换能器上的电压将产生一个作用在结构上的力。例如如图3－3给机电换能器单元（TRANS126）施加电压（V1>V2）将产生静电力使扭梁旋转。
图3－3 微镜模型
转换器单元本身就同时具有稳定和非稳定解，根据开始位置（初始间隙值），该单元可以收敛到任一个解。
静电换能器的静平衡可能是不稳定的。增加电压电容板间的吸力增加间隙减少。对间隙距离d，弹簧的恢复力正比于1/d静电力正比于1/d2。当电容间隙减少到一定值，静电吸引力大于弹簧恢复力电容板贴在一起。相反地，当电压减小到一定值，静电吸引力小于弹簧恢复力电容板张开。
如图3－4换能器单元有迟滞现象。电压渐变到牵引值然后回复到释放值。
图3－4机电迟滞
如图及3－5 换能器单元本身有稳定及非稳定解。该单元收敛到哪一个解依赖于起始位置（初始间隙大小）。
图3－5 TRANS126单元静态稳定特性
系统刚度由结构刚度和静电刚度组成，它可能是负的。结构刚度是正的因为当弹簧拉长力增加。但是平行板电容器的静电刚度是负的。随间隙增加平行板间的吸力减少。
如果系统刚度是负的，在接近不稳定解时可能有收敛问题。如果遇到收敛问题，用增强的刚度方法（KEYOPT（6）＝1）。这个方法静电刚度设置为零保证正的系统刚度。达到收敛之后，静电刚度自动重新建立可以进行后处理及后续的分析。
在静态分析中，必须完整定义横跨换能器的电压。还可以施加节点位移和力，使用IC命令来施加初始位移可有助于问题收敛。《ANSYSStructural Analysis Guide》第二章对静力分析有详细描述。
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4.2模态分析
可以执行一个预应力模态分析来确定系统的特征频率。对于很多设备，人们感兴趣的是当在换能器电极上施加直流电压时，其频率会变化。这种效应可以如此进行分析：先在换能器上施加直流电压并进行一次静态分析，然后在结构上进行一次“预应力”模态分析。如果在换能器的一个节点上未定义电压，则TRANS126单元需要用非对称特征值求解器(MODOPT,UNSYM)来进行模态分析。如果换能器单元有完整描述的电压（在两个节点上），则问题就变成对称的了。在此情况下，对换能器单元设置KEYOPT(3) = 1并选择一个对称特征值求解器(MODOPT,LANB)来求解。（MODOPT，LANB是缺省的）。《ANSYSStructural Analysis Guide》第三章对模态分析和预应力模态分析的过程有详细描述。
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4.3谐波分析
结合使用转换器单元以提供小信号交流电压，可以仿真结构的预应力全谐波分析。同样，机械激振结构将在转换器内产生电压和电流。在小信号谐波分析之前，必须进行一次静态分析。通常，设备都是在直流偏压和小信号交流电压下工作，对直流偏压进行小信号激励仿真本质上就是在一个静态分析（施加直流电压）后再加一个全谐波分析（施加交流激励）。在调整诸如过滤器、谐振器和加速计等设备的共振频率时，通常需要用到该分析功能。《ANSYSStructural Analysis Guide》的第四章对模态分析和预应力谐波分析的过程有详细描述。