comsol中压电陶瓷仿真学习-边界设置篇
comsol中压电陶瓷仿真学习-边界设置篇
因工作内容改变，最近开始自学comsol，希望能从软件小白的角度分享一些学习经验。本文主要对压电仿真分享一下自己的理解。以如下官网案例为例，主要对其中的压电部分进行讲解，由于声学部分对工作内容并没有指导意义，因此跳过。
官网案例链接（预应力螺栓 Tonpilz 型压电换能器）见附件。
在压电仿真中一般都会包括固体力学（solid）和静电(es)。固体力学中主要涉及力学上的约束模型和接触，选择所有固体作为计算域。这里的弹簧基础我的理解是有一定柔性的约束，还有一种是固定约束。如果是靠塑胶壳（或者相对较软的材料）限位这里我建议用弹簧基础，这里需要将弹簧类型改为总弹簧常数，Ktot=10000N/m；如果是跟钢板焊接或者用螺钉拧紧那就采用固定约束。
在螺栓预紧力这个选项上，分预紧力和预紧应力，一般是不同的螺栓对应不同的力，这个在网上也能搜索到，这里使用M4的螺栓，预紧力取3100N。在螺栓选择中，选取螺栓中间的一个面，他可以将两侧向这个面拉扯，达到一个预紧力的效果。建立这个面我是通过先建一个平面，再对螺栓进行分割域。
连续性这一选项，归为接触范畴。如果你导入第三方装配体，两个零件相互接触的面应该有两个的，如果是一个体分割域出来的那只有一个面，这个面属于共享面因此不用进行特殊处理。在两个面的情况下，需要传递力或者位移，在组件-定义选项中定义一致边界对或者接触对。接触对：两表面之间可以远离、紧贴，但不能穿透，每个表面包含区域相对独立；一致对：两表面之间贴紧，经过表面的场或量具有连续性。定义对时，需要有源面和目标面，他的选取原则是：
1、源一般选择刚度（硬度）大，曲率大的物体（刚体的硬度无穷大、直线的曲率为零）；
2、目标一般选择刚度小，曲率小的物体；
3、选择优先级：刚度>曲率；
4、目标边界需要更密的网格，建议：目标的网格单元大小为源的一半（目标比源网格加密一倍）。
螺栓处一致对的设置：
压电材料添加两个，域的选择彼此错开就行，在材料的本构关系中选择应力-电荷型，第一个压电材料设置中坐标系就默认全局坐标系，因为默认情况下材料与空间的Z方向重合；而第二个压电材料需要一个坐标系与材料的x3轴重合，材料x3轴现在是向下的，因此将坐标系的Z轴转到下面就行，这里用到的是旋转坐标系，这个坐标系的运转方式是Z-X-Z，Euler 角 α、β 和 γ 的图像，其中 xyz 表示原始坐标系，XYZ 表示旋转坐标系。按右手定则，先绕Z轴旋转α角，然后基于新坐标系绕X轴旋转β角，再基于新坐标系绕Z轴旋转γ角，即可得到最终的坐标系，这里仅需要输入β角为pi即可。这里也可以使用基失坐标系，X3轴填-1即可。
在静电（es）的设置中相对比较简单，选择四个压电陶瓷零件作为计算域，在电荷守恒，压电1中也同样选择四个陶瓷件，其他都默认即可。然后添加接地和终端，终端设置电压，边界面选择交错即可，如下所示，但实际情况是会在中间加五个很薄的铜片接电，如果这样导入进来，我计算了一个case发现并没有起到压电效应，因此需要将铜片去除，并在外部将四个压电陶瓷合为一体，在comsol软件中进行分割域，这样就形成共享面了，会解决该问题。
固体力学（solid）和静电(es)设置完成压电仿真分析也就可以开始了，以上是我学习的一些小小总结和心得，如果哪里有不对的地方可以私信我指出来，谢谢了。
