基于ANSYS的压电陶瓷PLZT特性仿真分析

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1、万方数据2008年7月第34卷第7期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2008V01．34No．7基于ANSYS的压电陶瓷PLZT特性仿真分析梁磊王少萍曹锋(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100191)摘要：针对传统的解析法和有限元法在压电陶瓷分析中的弊端，采用有限元软件ANSYS对压电陶瓷掺镧锆钛酸铅(PLzT)进行特性分析．介绍了大型有限元分析软件ANsYs及其耦合场分析功能，建立了PLzT的ANSYS模型用于分析单片、叠层和双晶片型PLzT的静动态特性．单片PLZT的

2、输出位移与所加电压和外力载荷均成线性关系；叠层结构的输出位移因粘结层的变形而小于理论输出值；双晶片变形的ANsYs计算结果同理论分析很相近．进行压电器件分析时，可先通过ANsYs软件建立实体模型，设定几何尺寸和材料特性参数进行性能仿真，并且针对不同器件只需修改参数，程序通用性好．关键词：压电陶瓷；锆钛酸铅镧；ANSYs软件中图分类号：TP204文献标识码：A文章编号：1001—5965(2008)07旬853一04AnaIysisOfpiezOeIectrIcceramicsPLZTbasedOnANSYSLiangLeiWangShaopingCaoFeng(Sch∞lofAutomat

3、ionScienceandElectricalE“gineering，Be玎inguniver8ityofAeronautic88ndAstronautics，Beiji“g10019l，china)AbStraCt：Inordertoavoidthedef色ctinn’aditionalanalyticmethodandthefiniteelementanalysis(FEA)usedintheanalysisofpiezoelectrieceramics，FEAsoftwareANSYSwasintroducedtoanalyzethecharacteristicsof1anthanu

4、m—modifiedleadziI℃onatetitanate(PLZT)ceramics。ThesoftwareANSYSanditscoupled—fieldanalysisfhnctionwereintroduced．TheANSYSmodelofPLZTwasbuiltandbasedonthemodelthestaticanddynamicperfbmancesofunilateralism，multilayerandbimorphPLZTwereanalyzed．Thedis—placementoutputofunilateraljsmwaslinearwj￡happliedV

5、ohage8ndfbrceload．Thedisplacementoutputofmultilayerwaslessthanthetheoreticaloutputbecauseofthedefb瑚ationoftheadhesive1ayerbetweeneachtwolayersofPLZT．ThedefbmablemagnitudeofbimorphcalculatedwithANSYSwasveryclosetothetheo—reticalresultsbycomparingwitheachother．SoANSYSsoftwarecanbeusedtobuildsolidmod

6、els，employgeometricaldimensionsandmaterialcharacteristicparametersatpiezoelectricdeVicesanalyses．Aimingatdif．ferentdeVices，itjustneedsmodifypammeters，andtheprogramhasgoodcurrency．Keywords：piezoelectricceramics；lanthanum—modifiedleadzirconatetitanate；ANSYS掺镧锆钛酸铅(PLzT)是一种重要的压电陶瓷．PLzT的组成可在很宽的范围内变化，从而

7、具有压电、铁电、热释电和电光等不同的性能．在一定的工艺条件下，PLzT可以加工成透明陶瓷，因此在计算技术、显示技术、激光技术、全息存储、微声技术以及光电子学诸领域都有重要的应用前景．除了具备以上性能，PLzT还具有一般压电陶瓷不具备的性能——光致伸缩效应，即在紫外光的照射下产生微量伸长，将光能转化为机械位移，PLzT的这种特性使它成为光执行器的良好材料．应用PLZT已开发出光驱继电器和光驱微型行走装置．并且在太空探索领域