 |
شیر پیزوالکتریک
معرفی
شیرهای پیزوالکتریک اغلب در کاربردهای پزشکی و آزمایشگاهی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها مزایای زیادی نسبت به فناوری های رقیب دارند، از جمله حداقل اتلاف گرما، عملکرد بی صدا، بهره وری انرژی، دوام، وزن کم و زمان پاسخ سریع. این دریچه‌ها معمولاً از یک مهر و موم تشکیل شده‌اند که توسط یک محرک پیزوالکتریک به سمت دهانه فشار داده می‌شود تا دریچه بسته شود یا از دهانه برای باز کردن شیر دور می‌شود. خود محرک اغلب دارای یک ساختار داخلی پیچیده است، با لایه‌های پیزوالکتریک روی هم که توسط لایه‌های رسانای نازکی از هم جدا شده‌اند، به گونه‌ای که میدان اعمال‌شده منجر به تغییر شکل بزرگی شود.
این مدل نحوه مدل سازی شیر پیزوالکتریک در COMSOL را نشان می دهد. دریچه توسط یک محرک دیسک دو شکل پیزوالکتریک انباشته فعال می شود، که یک مهر و موم هایپرالاستیک را در برابر دهانه شیر فشرده می کند تا جریان را قطع کند. ساختار دقیق و عملکرد محرک انباشته شده در مدل در نظر گرفته شده است.
توجه: این برنامه به ماژول مواد سازه غیرخطی نیاز دارد.
تعریف مدل
شکل 1 هم یک برش متقارن محوری را از طریق هندسه و هم یک رندر سه بعدی از هندسه را نشان می دهد. در این طراحی ساده دریچه، یک محرک دیسکی یک مهر و موم هایپرالاستیک را مستقیماً بر روی یک دهانه حلقوی در یک ساختار پشتیبانی از فولاد ضد زنگ فشرده می کند. ساختار خود محرک در شکل 2 نشان داده شده است. لبه بیرونی حلقه دیسک به یک پایه فولادی ضد زنگ و ساختار نگهدارنده بسته شده است. هنگامی که یک ولتاژ به محرک اعمال می شود، دیسک خم می شود و باعث حرکت عمودی دهانه مرکزی محرک حلقوی می شود. با یک قطبیت مناسب، دهانه به سمت پایین حرکت می کند، به سمت یک دهانه حلقوی در پایه (در فواصل منظم توسط پایه هایی که در مدل گنجانده نشده است) پشتیبانی می شود. همانطور که محرک به سمت دهانه حرکت می کند، آب بندی هایپرالاستیک در برابر ساختار جفت فشرده می شود و دهانه را آب بندی می کند. در داخل مدل، تماس بین مهر و موم و ساختار جفت‌گیری با جزئیات مدلسازی می‌شود، مانند عملکرد محرک.
شکل 1: هندسه مدل متقارن محوری (بالا) و هندسه کامل سه بعدی (پایین). اجزای کلیدی هندسه برچسب گذاری شده اند.
شکل 2: جزئیات محرک و ناحیه آب بندی، ساخت خود محرک را نشان می دهد. محرک از لایه های PZT با لایه های فلزی بین لایه های مختلف تشکیل شده است. لایه های فلزی متناوب به زمین متصل می شوند در حالی که ولتاژ به لایه های دیگر اعمال می شود. لایه های جایگزین PZT در جهت مخالف قطبی شده اند. دو عملگر به گونه ای روی هم چیده شده اند که پتانسیل اعمال شده باعث انقباض نیمی از تیر و انبساط نیمه دیگر می شود. این منجر به یک ممان خمشی خالص بر روی تیر می شود.
نتایج و بحث
شکل 3 کرنش در مهر و موم هایپرالاستیک را زمانی که ولتاژ اعمال شده 60 ولت است نشان می دهد. کرنش در مجاورت ناحیه تماس موضعی است. شکل 4 کرنش فون میزس در پیزوالکتریک و ساختارهای نگهدارنده آن را در همان ولتاژ اعمالی نشان می دهد. تنش در PZT نزدیک به تماس حداکثر است. پتانسیل درون محرک در شکل 5 نشان داده شده است . واضح است که پتانسیل های اعمال شده با پتانسیل های نشان داده شده در شکل 2 مطابقت دارند . در نهایت فشار تماس در شکل 6 نشان داده شده است . حداکثر فشار 6 × 10 5 Pa بر روی سطح آب بندی است که ورودی شیر را از خروجی جدا می کند.
شکل 3: جزء ZZ کرنش در مجاورت تماس.
شکل 4: تجسم سه بعدی تنش فون میزس در شیر در ولتاژ اعمالی 50 ولت.
شکل 5: میدان الکتریکی داخل محرک در مجاورت کنتاکت.
شکل 6: فشار تماس به عنوان تابعی از موقعیت در امتداد سطح مهر و موم.
مسیر کتابخانه برنامه: MEMS_Module/Piezoelectric_Devices/piezoelectric_valve
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Electromagnetics-Structure Interaction>Piezoelectricity>Piezoelectricity, Solid را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
برای راحتی، هندسه دستگاه از یک فایل موجود درج شده است. می‌توانید دستورالعمل‌های ایجاد هندسه را در ضمیمه — دستورالعمل‌های هندسه بخوانید .
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل piezoelectric_valve_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
V0 | 50 [V] | 50 ولت | ولتاژ اعمال شده |
تعاریف
+ قطبی شده
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | دامنه های 5، 7، 9، 10، 12، 14، 18، 20، 22، 23، 25، 27، 32، 34، 36، 37، 39، 41، 47، 49، 51، 52، 54 و 5 را انتخاب کنید. فقط. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label + Polarized را تایپ کنید . |
– قطبی شده
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، در قسمت نوشتار Label – Polarized را تایپ کنید . |
3 | دامنه های 4، 6، 8، 11، 13، 15، 17، 19، 21، 24، 26، 28، 31، 33، 35، 38، 40، 42، 46، 48، 50، 53، 55، و 57 را انتخاب کنید. فقط. |
پیزوالکتریک
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Piezoelectric را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، + Polarized و – Polarized را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
زمین
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت Label text، Ground را تایپ کنید . |
5 | مرزهای 10، 14، 18، 22، 26، 30، 33، 36، 40، 44، 48، 52، 56، 59، 76، 80، 84، 88، 92، 96، 99، 109، 1111 فقط 121، 125، 129 و 133. |
ولتاژ
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، ولتاژ را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | مرزهای 12، 16، 20، 24، 28، 32، 38، 42، 46، 50، 54، 58، 78، 82، 86، 90، 94، 98، 111، 115، 111، 17، 12، فقط. |
فولاد مش نقشه برداری شده
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Mapped Mesh Steel را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 1، 2، 29، 43 و 44 را انتخاب کنید. |
مش نقشه برداری شده
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، Piezoelectric and Mapped Mesh Steel را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Mapped Mesh را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جفت تماس 1 (p1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جفت ها کلیک کنید و جفت تماس را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 8، 62، 71، 72 و 150–153 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای جفت ، قسمت Destination Boundaries را پیدا کنید . |
4 | برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط مرزهای 61 و 66 را انتخاب کنید. |
+Z پلاریزه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Definitions روی Material XZ-plane System (comp1_xz_sys) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیستم بردار پایه ، +Z Polarized را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
-Z قطبی شده
1 | روی +Z Polarized کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیستم بردار پایه ، بخش بردارهای پایه را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
R | Z | |
x1 | 1 | 0 |
x3 | 0 | -1 |
4 | در قسمت نوشتار Label ، -Z Polarized را تایپ کنید . |
مکانیک جامدات (جامدات)
مواد پیزوالکتریک 2
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک راست کرده و Material Models>Piezoelectric Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد پیزوالکتریک ، بخش انتخاب سیستم مختصات را پیدا کنید . |
3 | از لیست Coordinate system ، -Z Polarized (comp1_xz_sys1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، – Polarized را انتخاب کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مواد پیزوالکتریک 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد پیزوالکتریک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، + Polarized را انتخاب کنید . |
مواد فوق الاستیک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Hyperelastic Material را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 16 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Hyperelastic Material ، بخش Hyperelastic Material را پیدا کنید . |
4 | از لیست مدل Material ، Mooney-Rivlin، دو پارامتر را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن κ ، 1e4[MPa] را تایپ کنید . |
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 1، 2، 29، 43 و 44 را انتخاب کنید. |
تماس با 1a
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Pairs کلیک کنید و Contact را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مخاطب ، بخش انتخاب جفت را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Pairs ، روی  افزودن کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای افزودن ، جفت تماس 1 (p1) را در لیست جفت ها انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات تماس ، بخش روش تماس را پیدا کنید . |
7 | از لیست، Augmented Lagrangian را انتخاب کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، پیزوالکتریک را انتخاب کنید . |
ترمینال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی V 0 ، V0 را تایپ کنید . |
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای زمین ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Ground را انتخاب کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Piezoelectric>Lead Zirconate Titanate (PZT-5H) را انتخاب کنید . |
4 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Steel AISI 4340 را انتخاب کنید . |
6 | کلیک راست کرده و Add to Component 1 (comp1) را انتخاب کنید . |
مواد
سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، پیزوالکتریک را انتخاب کنید . |
فولاد AISI 4340 (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Steel AISI 4340 (mat2) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-3، 29، 30 و 43-45 را انتخاب کنید. |
مهر
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، Seal را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 16 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
پارامترهای مدل | Q10 | 0.37 [MPa] | پا | مونی-ریولین |
پارامترهای مدل | C01 | 0.11[MPa] | پا | مونی-ریولین |
تراکم | rho | 1800 [kg/m^3] | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مش 1
لبه 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Edge کلیک کنید . |
2 | فقط مرزهای 61، 62، 66، 71 و 150–153 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Edge 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط مرزهای 61 و 66 را انتخاب کنید. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از لیست از پیش تعریف شده ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
6 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
7 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
8 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، w0/100 را تایپ کنید . |
سایز ۲
1 | در پنجره Model Builder ، روی Edge 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط مرزهای 62، 71، و 150–153 را انتخاب کنید. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از لیست از پیش تعریف شده ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
6 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
7 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
8 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، w0/50 را تایپ کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست از پیش تعریف شده ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
4 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
5 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت حداکثر اندازه عنصر ، w0 را تایپ کنید . |
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Mapped کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Mapped Mesh را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 75، 77، 79، 81، 83، 85، 87، 89، 91، 93، 95 و 97 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of Elements ، 2 را تایپ کنید . |
توزیع 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 36 و 109 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 40 را تایپ کنید . |
توزیع 3
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Number of elements ، 1 را تایپ کنید . |
4 | فقط مرزهای 2، 63، 67 و 101 را انتخاب کنید. |
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Triangular کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، روی  Build All کلیک کنید . |
مش به دست آمده را با شبکه زیر مقایسه کنید. توجه داشته باشید که به طور هدفمند عناصر بسیار کمی در حوزه های سخت وجود دارد.
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
3 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن کلیک کنید . |
5 | از لیست موجود در ستون نام پارامتر ، V0 (ولتاژ اعمال شده) را انتخاب کنید ، سپس مقادیر و واحد را به صورت زیر مشخص کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
V0 (ولتاژ اعمالی) | محدوده (0،5،60) | V |
برای کمک به وارد کردن محدوده‌های مختلف در ستون فهرست مقدار پارامتر ، روی دکمه Range کلیک کنید تا گفتگوی Range اجرا شود .
راه حل 1 (sol1)
هنگام مدل سازی کنتاکت، هم فشار تماس و هم فشار کمکی باید به صورت دستی مقیاس شوند. این تمرین خوب است که مقیاس دستی این متغیرها را به مقدار مناسب تغییر دهید.
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید . |
انتظار می رود فشار تماس در حد مگاپاسکال باشد، بنابراین مقیاس ها را بر اساس آن تنظیم کنید.
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 1 را گسترش دهید ، سپس روی فشار کمکی (comp1.solid.hmm1.pw) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای فیلد ، بخش Scaling را پیدا کنید . |
5 | در قسمت متن مقیاس ، 1e6 را تایپ کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Dependent Variables 1 روی فشار تماس (comp1.solid.Tn_p1) کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای فیلد ، بخش Scaling را پیدا کنید . |
8 | در قسمت متن مقیاس ، 1e6 را تایپ کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1 را گسترش دهید . |
از حلگر خودکار نیوتن برای همگرایی سریعتر و مطمئن تر استفاده کنید.
10 | در پنجره Model Builder ، Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 1>Segregated 1 node را گسترش دهید ، سپس روی Merged variables کلیک کنید . |
11 | در پنجره Settings برای Segregated Step ، روی قسمت Method and Termination کلیک کنید . |
12 | از لیست روش غیر خطی ، خودکار (نیوتن) را انتخاب کنید . |
13 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
کرنش (جزء ZZ)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، Strain (جزء ZZ) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . از لیست Frame ، Spatial (r، phi، z) را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Strain ( جزء ZZ) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Strain>Srain tensor (قاب های مواد و هندسه )>solid.eZZ – Strain Tensor، ZZ-component را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست تبدیل جدول رنگ ، Reverse را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Strain (جزء ZZ) ، روی  Plot کلیک کنید . |
روی ناحیه تماس زوم کنید و نمودار را با شکل 3 مقایسه کنید .
میدان الکتریکی (جزء Z)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Strain ( جزء ZZ) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، روی Strain (ZZ component) 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، فیلد Electric Field (جزء Z) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، برای جمع کردن بخش Expression کلیک کنید . |
3 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Electrostatics>Electric>Electric field (قاب های مواد و هندسه ) – V/m>es.EZ – Electric field، Z-component را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Electric Field (جزء Z) ، روی  Plot کلیک کنید . |
فشار تماس
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، فشار تماس را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (V0) ، آخرین را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Contact Pressure کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 60، 61، 65، 66 و 73 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Contact>solid.Tn – فشار تماس – N/m² را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار فشار تماس ، روی  Plot کلیک کنید . |
ضمیمه – دستورالعمل هندسه
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
t0 | 0.05 [mm] | 5E-5m | ضخامت لایه پیزوالکتریک |
شناسه | 7[mm] | 0.007 متر | قطر داخلی محرک دیسک |
از جانب | 50[mm] | 0.05 متر | قطر بیرونی محرک دیسک |
n | 12 | 12 | تعداد لایه ها در محرک |
ts | 0.2[mm] | 2E-4 متر | ضخامت مهر و موم |
w0 | 0.5[mm] | 5E-4m | بعد از سوراخ |
w1 | شناسه/2 | 0.0035 متر | بعد منطقه گیره |
w2 | شناسه/4 | 0.00175 متر | ابعاد کلی گیره |
h0 | 5*t0*n | 0.003 متر | ضخامت پایه |
دلتا | 16 [یک] | 1.6E-5 متر | افست تماس در 0 [V] |
هندسه 1
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، (OD-ID)/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، t0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، ID/2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، ts را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . تیک لایه های سمت چپ را انتخاب کنید . |
8 | تیک Layers on bottom را پاک کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.5 * w0 |
لایه 2 | 3*w0 |
آرایه 1 (arr1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Array را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات آرایه ، بخش Size را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن z اندازه ، n را تایپ کنید . |
4 | قسمت Displacement را پیدا کنید . در قسمت متن z ، t0 را تایپ کنید . |
5 | فقط شی r1 را انتخاب کنید. |
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 3*w0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، ts را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، ID/2+0.5*w0 را تایپ کنید . |
فیله 1 (fil1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Fillet کلیک کنید . |
2 | در شی r2 ، فقط نقاط 1 و 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Radius ، ts/3 را تایپ کنید . |
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 2*w0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 2*w0+h0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، ID/2-0.5*w0 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -2*w0-deltaz-h0 را تایپ کنید . |
چمفر 1 (cha1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی  Chamfer کلیک کنید . |
2 | در شی r3 ، فقط نقطه 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Chamfer ، بخش Distance را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Distance from vertex ، 1.8*w0 را تایپ کنید . |
فیله 2 (fil2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Fillet کلیک کنید . |
2 | در شی cha1 ، فقط نقاط 3 و 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Fillet ، بخش Radius را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Radius ، 0.1*w0 را تایپ کنید . |
چند ضلعی 1 (pol1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
R (M) | Z (M) |
ID/2+1.2*w0 | 0 |
ID/2+1.6*w0 | 0 |
آینه 1 (mir1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Mirror را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء fil2 و pol1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، بخش ورودی را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Keep input objects را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Point on Line of Reflection را پیدا کنید . در قسمت متن r ، ID/2+2*w0 را تایپ کنید . |
مستطیل 4 (r4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ID/2+1.5*w0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، h0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -2*w0-deltaz-h0 را تایپ کنید . |
مستطیل 5 (r5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، OD/2+w1-ID/2-2.5*w0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، h0 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، ID/2+2.5*w0 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -2*w0-deltaz-h0 را تایپ کنید . |
مستطیل 6 (r6)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، w2+w1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، h0+4*w0+n*t0+deltaz را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، OD/2-w2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -2*w0-deltaz-h0 را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
