基于有限元的压电双晶片驱动模拟分析-论文.pdf

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1、第32卷第2期陕西科技史学学报Vol

2、32No．22014年4月JournalofShaanxiUniversityofScience&TechnologyADr．2O14文章编号：1000—5811(2014)020134—04基于有限元的压电双晶片驱动模拟分析张昌松，雷春耀，高峰(1．陕西科技大学机电工程学院，陕西西安710021；2．西北工业大学材料科学与工程学院，陕西西安71OO68)摘要：在利用压电双晶片设计执行器时，需要考虑双晶片的驱动特性，分析自由端的挠度．利用有限元ANSYS软件和数学物理方法分析了压电双晶片在不同长厚比值K和不同电压栽荷下的变形情况，以及自由端的挠度，并比

3、较分析了两种方法的相对偏差和偏差存在的原因，结果显示最大相对偏差分别为2．4％和0．5％．通过比较分析，为利用有限元ANSYS软件精确分析双晶片类执行器提供了依据．关键词：压电双晶片；挠度；相对偏差；执行器中图法分类号：TN384文献标识码：ADrivingsimulationofthepiezoelectricbimorphbasedonthefiniteelementZHANGChang—song，LEIChun—yao，GAOFeng(1．CoilegeofMechanicalandElectricalEngineering，ShaanxiUniversityofScience&Te

4、chnology，Xian710021，China；2．CoilegeofMaterialsScienceandEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xian710068，China)Abstract：Itisnecessorytoconsiderthedrivingcharacteristicofthepiezoelectricbimorphsandanalvzethedeflectionofthefree—endindesigningtheactuators．Inthispaper，device’Sdeformationandt

5、hedeflectionunderthedifferentratiosKofthelengthandthicknessandthedifferentvoltagesareanalyzedbyusingthefiniteelementsoftwareANSYSandmathe—matica1一physicalmethodology．Meanwhile，thereasonsresultedfromtherelativedeviationofthetwomethodsareanalyzed．Theresultsshowthatthemaximumdeviationsare2．4and0．5res

6、pectively．Accordingtocomparativeandanalysis，itmakesitpossibletoanalyzethepiezoelectricbimorphsactuatorspriciselybyANSYS．Keywords：piezoelectricbimorph；deflection；relativedeviation；actuators合做微尺度高频运动．随着微电子机械系统的0引言发展，压电双晶片越来越多地被用来作为微执行器压电双晶片广泛应用于驱动和感应领域，是开和传感器器件，如旋转精密驱动器、仿生飞行器、微发MEMS(微电子机械系统)的关键元件，非常

7、适型压电泵、飞机增稳驱动。等．在设计这些执行器收稿日期：2014-02一10基金项目：：陕西教育厅科研计划项目(2013JK0940)作者简介：张昌松(1976一)，男，内蒙古赤峰人，副教授，博士，研究方向：材料加工，电子功能材料第2期张昌松等：基于有限元的压电双晶片驱动模拟分析·135·时，常常需要考虑执行器的机电转换特性以及驱动Y一。(1)石Lt特性，用数学物理方法计算压电双晶片自由端的挠度、转角等[g．自由端位移量的大小即挠度是衡压电双晶片自由端，z—z处的位移量：量压电双晶片驱动特性的一个重要指标，也是压电Y一一丁(I)J双晶片类制动器的一个重要参数．令K—l／z，为单层压电材料的

8、长度和厚度的ANSYS软件是一款集结构、热、流体、电磁比值，则式(2)可化为：场、声场分析与一体的大型通用有限元分析软件，l：：0．375d31KV(3)具有多物理场耦合功能，压电分析是结构场和电场的耦合，这为分析压电双晶片的动态特性提供了更式中，d。为压电应变系数；V为施加于上压电好的选择．然而，ANSYS软件分析只是模拟分析，片的电压；Z为压电片的长度；z为压电片的厚度，分析的结果与理论结果是存在偏差的，如果不考虑从