Simulation piezoelektrischer Bauteile mit Ansys Mechanical
Elektro-mechanisch-akustische Simulation voll gekoppelt per Mausklick
Im Seminar erlernen Sie physikalische Grundlagen und üben die Simulation in Workshops rund um piezoakustische Sensoren und Ultraschall-Aktoren. Diese Schulung wird als 1-tägiges Seminar angeboten.
Dauer
1 Tag
Voraussetzungen
Grundwissen in Ansys Mechanical
Verwendete Software
Ansys Mechanical
- Physikalische Phänomene der elektrisch-mechanischen Kopplung verstehen
- Piezoelektrische Materialeigenschaften in Ansys Mechanical definieren
- Statische und dynamische Übungsaufgaben rund um den Piezoeffekt
- Piezoelektrischen Komponentenentwurf durch Simulation absichern
Beschreibung
Mit der Einführung von Industrie 4.0 und IoT (Internet of Things) hat der Einsatz piezoelektrischer Komponenten deutlich zugenommen. Aktuatoren werden unter anderem in Ultraschallwerkzeugen für die Herstellung elektronischer Bondverbindung und zum Verschweißen diverser Kunststoffbauteile eingesetzt, aber auch in Reinigungsgeräten und aktiven Dämpfungselementen. Piezoakustische Sensoren finden bei unterschiedlichen Positions- und Füllstands-Messverfahren ebenso wie in komplexen Fahrassistenzsystemen (ADAS) Anwendung.
Im Rahmen dieses Seminars werden Sie typische statische und dynamische Anregungszustände piezoelektrischer Sensoren und Aktuatoren betrachten. Das versetzt Sie in der Lage, prognosefähige Aussagen im Entwurfsstadium piezoelektrischer Komponenten zu machen oder aber auch Fehlfunktionen zu analysieren. Neben den notwendigen physikalischen Grundlagen der Piezoelektrik werden Sie durch abwechslungsreiche Workshops in die Lage versetzt, das Erlernte unmittelbar praktisch anzuwenden. Im Ausblick des Seminars werden schließlich weiterführende Simulationstechniken wie die Möglichkeiten der Modellordnungsreduktion von piezoelektrischen Komponenten diskutiert.
Detaillierte Agenda für diese 1-tägige Schulung
Tag 1
01 Modellierung von Piezoelektrizität
- Feldkopplung in Ansys Mechanical
- Multiphysikalische Elemente (Multiphysics Solid)
- Besonderheiten piezoelektrischer Materialien
- Formulierung über Steifigkeit vs. Nachgiebigkeit
- Analysearten und Solver
- Übung: Extraktion von Materialdaten aus IEEE-Datenblättern und Eingabe in Ansys
02 Piezoelektrische Analyse mit Ansys
- Modellaufbau in Ansys Workbench
- Randbedingungen und Lasten
- Spezifische Auswertungen: Auslenkung, Resonanz, Antiresonanz, elektrische Impedanz, Kopplungsfaktor und Qualitätsfaktor
- Übung Virtueller Test: statische und dynamische Analyse einer Piezoscheibe
- Validierung über analytische Abschätzung von Hub und Resonanz
03 Dynamische Analyse piezoelektrischer Aktuatoren
- Modale und harmonische Analyse
- Vernetzungskriterien für Ultraschall-Anwendungen
- Ankopplung mechanischer, elektrischer, thermischer und akustischer Domänen
- Identifikation der Arbeitsmoden und Schwingungsknoten
- Übertragungsfunktion und elektrische Impedanz
- Übung piezoelektrische Konverter: Sonotrode für Reinigungszwecke
- Auswertung des Schalldrucks und der Schallleistung im Fluid
- Ausblick: Erwärmung, statische Vorlast
04 Dynamische Analyse piezoelektrischer Sensoren
- Nahfeld und Fernfeld
- Akustische Quellen
- Kommunikationskanal Aktor-Sensor
- Modelaufbau 2D und 3D
- Übung: Berechnung der Richtcharakteristik eines Ultraschallwandlers
- Ausblick: ROM für Piezoelektrik und Systemsimulation
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