基于Comsol的压电效应模拟仿真案例

基于Comsol的压电效应模拟仿真案例

   一、压电效应

压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力作用发生形变时，其内部会发生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。外力撤销之后，它又会恢复带不带电的状态，这种现象叫做正压电效应。

图1. 正压电现象

当作用力的方向发生改变时，电荷的极性也会随之变化。相反，在电介质的极化方向上添加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉之后，电介质的变形会随之消失，这种现象称为逆压电现象。

图2. 逆压电现象

压电陶瓷是利用压电效应将机械能和电能相互转换的功能陶瓷材料。压电材料的应用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。

图3. 压电材料

   二、模型设计

2.1 几何模型及材料参数

    计算选择的压电材料为Lead Zirconate Titanate (PZT-2)，几何模型如下所示。

图4. 计算模型

图5. 材料参数

2.2 物理场设置

       压电材料的计算物理场选择静电场和固体力学场，多物理场耦合方式为压电效应。

图6. 物理场设置

2.3 网格剖分与求解

        网格划分选择扫掠网格，网格质量较高，计算精度好。

图7. 网格质量分布

   三、结果展示

图8. 应力分布

图9. 电势分布

图10. 电场分布

|原创作者/编辑       电磁Fo

   THE END