《金陵科技学院学报》：PZT压电材料参数在ANSYS中的定义方法.pdf_大学文库

第34卷第4期金陵科技学院学报 Vol.34.No.4 2018年12月 JOURNAL OF JINLING INSTITUTE OF TECHNOLOGY Dec.,2018 D0I:10.16515/j.cnki.32-1722/n.2018.04.008 PZT压电材料参数在ANSYS中的定义方法陈乾伟1，吴辛2，鞠全勇1，高素美1，杨传森 (1.金陵科技学院机电工程学院，江苏南京211169：2.西门子数控（南京）有限公司，江苏南京211100) 摘要：PZT(锆钛酸铅压电陶瓷)在诸多高技术领域获得了广泛的应用，其中就包含超声电机。由于设计超声电机的第一步是在ANSYS中正确输入PZT的材料参数，因此以PZT-8为例，详细讲述了PZT材料参数在AN SYS中的三种定义方法，并分析了每种定义方法的特点，为进一步的压电分析打下基础。关键词：PZT;超声电机；ANSYS;定义方法中图分类号：TM22 文献标识码：A 文章编号：1672-755X(2018)04-0033-05 Definition Method of PZT Material Parameters in ANSYS CHEN Qian-wei!,WU Xin2,JU Quan-yong',GAO Su-mei',YANG Chuan-sen' (1.Jinling Institute of Technology,Nanjing 211169,China; 2.SIEMENS CNC (Nanjing)Co.,Ltd.,Nanjing 211100,China) Abstract:PZT is the lead zirconate titanate piezoelectric ceramics,which has been widely used in many high-tech fields,including ultrasonic motors.The first step in designing an ultrasonic motor is to input the material parameters of PZT correctly in ANSYS.Therefore,taking PZT- 8 as an example,three definitions of PZT material parameters in ANSYS were described in de- tail,and the characteristics of each definition method were analyzed,which formed a founda- tion for further piezoelectric analysis. Key words:PZT;ultrasonic motor;ANSYS;definition method 1955年，美国学者贾菲等人发现了锆钛酸铅压电陶瓷，即PZT。与之前发现并应用的BaTiO3压电陶瓷相比，PZT具有压电性强、居里温度高、易掺杂改性、稳定性好等优点。因此，它的出现使压电陶瓷的应用翻开了崭新的一页。目前，PZT在传感器、换能器、无损检测和通讯技术等高技术领域已获得了广泛的应用，其中就包含超声电机四。超声电机是一种主要利用PZT的逆压电效应进行工作的微特电机，它在航空航天、微型机械、智能机器人等高技术领域有着广阔的应用前景四。目前，用来设计超声电机的主要工具是有限元分析软件A SYS,而设计超声电机的第一步就是在ANSYS中正确输入PZT的材料参数[)。在ANSYS中，材料分为各向同性材料、正交各向异性材料和各向异性材料三类。PZT属于各向异性材料，它需要定义的材料参数主要包括密度、压电常数矩阵、介电常数矩阵和柔度（或刚度）常数矩阵。以超声电机常用的PZT-8为例，极化后PZT-8的材料参数如表1所示[3-可。收稿日期：2018一10一09 基金项目：江苏省自然科学基金项目(BK20161102):江苏省2017年南京航空航天大学访问学者(FW20170101) 作者简介：陈乾伟(1972一)，男，湖北荆门人，副教授，博士，主要从事直线超声电机及其应用技术研究。 ?1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

第３４卷第４期２０１８年１２月金陵科技学院学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＪＩＮＬＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＶｏｌ．３４，Ｎｏ．４Ｄｅｃ．，２０１８ＤＯＩ：１０．１６５１５／ｊ．ｃｎｋｉ．３２－１７２２／ｎ．２０１８．０４．００８ＰＺＴ压电材料参数在ＡＮＳＹＳ中的定义方法陈乾伟１，吴辛２，鞠全勇１，高素美１，杨传森１（１．金陵科技学院机电工程学院，江苏南京２１１１６９；２．西门子数控（南京）有限公司，江苏南京２１１１００）摘要：ＰＺＴ（锆钛酸铅压电陶瓷）在诸多高技术领域获得了广泛的应用，其中就包含超声电机。由于设计超声电机的第一步是在ＡＮＳＹＳ中正确输入ＰＺＴ的材料参数，因此以ＰＺＴ－８为例，详细讲述了ＰＺＴ材料参数在ＡＮ－ＳＹＳ中的三种定义方法，并分析了每种定义方法的特点，为进一步的压电分析打下基础。关键词：ＰＺＴ；超声电机；ＡＮＳＹＳ；定义方法中图分类号：ＴＭ２２文献标识码：Ａ文章编号：１６７２－７５５Ｘ（２０１８）０４－００３３－０５收稿日期：２０１８－１０－０９基金项目：江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２０１６１１０２）；江苏省２０１７年南京航空航天大学访问学者（ＦＷ２０１７０１０１）作者简介：陈乾伟（１９７２—），男，湖北荆门人，副教授，博士，主要从事直线超声电机及其应用技术研究。ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＰＺＴＭａｔｅｒｉａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎＡＮＳＹＳＣＨＥＮＱｉａｎ－ｗｅｉ１，ＷＵＸｉｎ２，ＪＵＱｕａｎ－ｙｏｎｇ１，ＧＡＯＳｕ－ｍｅｉ１，ＹＡＮＧＣｈｕａｎ－ｓｅｎ１（１．ＪｉｎｌｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１６９，Ｃｈｉｎａ；２．ＳＩＥＭＥＮＳＣＮＣ（Ｎａｎｊｉｎｇ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＺＴｉｓｔｈｅｌｅａｄｚｉｒｃｏｎａｔｅｔｉｔａｎａｔｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｓ，ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｈｉｇｈ－ｔｅｃｈｆｉｅｌｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｓ．ＴｈｅｆｉｒｓｔｓｔｅｐｉｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒｉｓｔｏｉｎｐｕｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＰＺＴｃｏｒｒｅｃｔｌｙｉｎＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔａｋｉｎｇＰＺＴ－８ａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｒｅｅｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓｏｆＰＺＴｍａｔｅｒｉａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎＡＮＳＹＳｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅ－ｔａｉｌ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅａｃｈｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈｆｏｒｍｅｄａｆｏｕｎｄａ－ｔｉｏｎｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＺＴ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｍｏｔｏｒ；ＡＮＳＹＳ；ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ１９５５年，美国学者贾菲等人发现了锆钛酸铅压电陶瓷，即ＰＺＴ。与之前发现并应用的ＢａＴｉＯ３压电陶瓷相比，ＰＺＴ具有压电性强、居里温度高、易掺杂改性、稳定性好等优点。因此，它的出现使压电陶瓷的应用翻开了崭新的一页。目前，ＰＺＴ在传感器、换能器、无损检测和通讯技术等高技术领域已获得了广泛的应用，其中就包含超声电机［１］。超声电机是一种主要利用ＰＺＴ的逆压电效应进行工作的微特电机，它在航空航天、微型机械、智能机器人等高技术领域有着广阔的应用前景［２］。目前，用来设计超声电机的主要工具是有限元分析软件ＡＮ－ＳＹＳ，而设计超声电机的第一步就是在ＡＮＳＹＳ中正确输入ＰＺＴ的材料参数［２］。在ＡＮＳＹＳ中，材料分为各向同性材料、正交各向异性材料和各向异性材料三类。ＰＺＴ属于各向异性材料，它需要定义的材料参数主要包括密度、压电常数矩阵、介电常数矩阵和柔度（或刚度）常数矩阵。以超声电机常用的ＰＺＴ－８为例，极化后ＰＺＴ－８的材料参数如表１所示［３－５］

金陵科技学院学报第３４卷表１ＰＺＴ－８材料参数密度／（ｋｇ·ｍ－３）柔度常数／（×１０－１２ｍ２·Ｎ－１）压电常数／（×１０－１２Ｃ·Ｎ－１）介电常数／（×１０－９Ｆ·ｍ－１）ｓ１１ｓ３３ｓ４４ｓ１２ｓ１３ｓ６６ｄ３１ｄ３３ｄ１５ ε１１ ε２２ ε３３７６００１１．５１３．５３１．９－３．７－４．８３１．４－９０２２５３３０１１．４２１１．４２８．８５在ＡＮＳＹＳ中，ＰＺＴ－８的极化方向默认为与Ｚ轴平行。根据表１的材料参数以及极化后ＰＺＴ材料参数的对称性，沿Ｚ轴方向极化的ＰＺＴ－８的压电常数矩阵［ｄ］、介电常数矩阵［ε］和柔度常数矩阵［ｓ］分别为［３－５］：［ｄ］＝００００３３０００００３３０００熿燀燄－９０－９０２２５０００燅（×１０－１２ｍ２·Ｎ－１）［ε］＝１１．４２０００１１．４２０００８．熿燀燄８５燅（×１０－９Ｆ·ｍ－１）［ｓ］＝１１．５－３．７－４．８０００－３．７１１．５－４．８０００－４．８－４．８１３．５００００００３１．９００００００３１．９００００００３１．熿燀燄４燅（×１０－１２Ｃ·Ｎ－１）在ＡＮＳＹＳ中，压电陶瓷材料参数的定义方法有ＧＵＩ图形界面法、ＡＰＤＬ法和数据文件调用法等三种定义方法。下面以ＰＺＴ－８为例，分别讲述这三种方法。１ＧＵＩ图形界面法由于压电陶瓷的压电常数矩阵、柔度常数矩阵和介电常数矩阵的格式都遵循ＩＥＥＥ规范，即压电常数矩阵、柔度常数矩阵和介电常数矩阵按照列的顺序为ｘ、ｙ、ｚ、ｙｚ、ｘｚ、ｘｙ；而压电常数矩阵、柔度常数矩阵和介电常数矩阵在ＡＮＳＹＳ输入的顺序为ｘ、ｙ、ｚ、ｘｙ、ｙｚ、ｘｚ。所以，在ＡＮＳＹＳ中输入的压电陶瓷材料参数要进行调整。以ＰＺＴ－８为例，在ＡＮＳＹＳ中输入的压电常数矩阵［ｄ］ＡＮＳＹＳ、介电常数矩阵［ε］ＡＮＳＹＳ和柔度常数矩阵［ｓ］ＡＮＳＹＳ分别为：［ｄ］ＡＮＳＹＳ＝０００００３３０００００３３００熿燀燄－９０－９０２２５０００燅（×１０－１２ｍ２·Ｎ－１）［ε］ＡＮＳＹＳ＝１１．４２０００１１．４２０００８．熿燀燄８５燅（×１０－９Ｆ·ｍ－１）［ｓ］ＡＮＳＹＳ＝１１．５－３．７－４．８０００－３．７１１．５－４．８０００－４．８－４．８１３．５００００００３１．４００００００３１．９００００００３１．熿燀燄９燅（×１０－１２Ｃ·Ｎ－１）３４

第４期陈乾伟，等：ＰＺＴ压电材料参数在ＡＮＳＹＳ中的定义方法１．１定义密度进入ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡＰＤＬ界面，点击菜单ＭａｉｎＭｅｎｕ＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＞ＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｐｓ＞ＭａｔｅｒｉａｌＭｏｄ－ｅｌｓ＞Ｆａｖｏｒｉｔｅｓ＞ＬｉｎｅａｒＳｔａｔｉｃ＞Ｄｅｎｓｉｔｙ，输入的结果如图１所示。１．２定义压电常数矩阵进入ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡＰＤＬ界面，点击菜单ＭａｉｎＭｅｎｕ＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＞ＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｐｓ＞ＭａｔｅｒｉａｌＭｏｄ－ｅｌｓ＞Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ＞ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＭａｔｒｉｘ＞ＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＳｔｒａｉｎＭａｔｒｉｘ［ｄ］，输入的结果如图２所示。１．３定义介电常数矩阵进入ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡＰＤＬ界面，点击菜单ＭａｉｎＭｅｎｕ＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＞ＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｐｓ＞ＭａｔｅｒｉａｌＭｏｄ－ｅｌｓ＞Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ＞ＲｅｌａｔｉｖｅＰｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ＞Ｏｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ。若输入的介电常数值＜１，程序把它当作绝对介电常数；若输入的介电常数值＞１，程序把它当作相对介电常数。输入的结果如图３所示。１．４定义柔度常数矩阵进入ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡＰＤＬ界面，点击菜单ＭａｉｎＭｅｎｕ＞Ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｏｒ＞ＭａｔｅｒｉａｌＰｒｏｐｓ＞ＭａｔｅｒｉａｌＭｏｄ－ｅｌｓ＞Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ＞Ｌｉｎｅａｒ＞Ｅｌａｓｔｉｃ＞Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ＞Ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒｍ，输入的结果如图４所示。由上述ＰＺＴ－８材料参数的定义可知，采用ＧＵＩ图形界面法，每次都需要在图形界面下输入ＰＺＴ－８的材料参数，输入效率很低，一般只有初学者采用这种方法。图１密度的输入图２压电常数矩阵的输入图３介电常数矩阵的输入图４柔度常数矩阵的输入２ＡＰＤＬ法和ＧＵＩ图形界面法相比，ＡＰＤＬ法输入效率高。只需要在ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡＰＤＬ界面下，运行下面的ＡＰＤＬ命令流即可完成ＰＺＴ－８材料参数的定义［６］。３５

36 金陵科技学院学报第34卷 /PREP7 进入前处理器 TBDATA,1,1.15E-011,-3.7E-012,-4.8E-012![s]矩 MAT,2. !设定材料编号为2 !阵D11、D12.D13项 MP.DENS.2,7600 !定义材料密度 TBDATA,7,1.15E-011,-4.8E-012 ![s]矩 TB.PIEZ.2...1 !+定义压电常数矩阵 !阵D22、D23项 !选择[d]矩阵形式 TBDATA,12,1.35E-011 ![]矩阵D33项 TBDATA.3.-9E-011 ![d]矩阵d13项 TBDATA,16,3.14E-011 ![s]矩阵D44项 TBDATA,6,-9E-011 ![d]矩阵d23项 TBDATA,19,3.19E-011 ![]矩阵D55项 TBDATA,9,2.25E-010 ![d]矩阵d33项 TBDATA,21,3.19E-011 ![s]矩阵D66项 TBDATA,14,3.3E-010 ![d]矩阵d52项 MP,PERX,2,1.142E-008 !大定义介电常数矩阵 TBDATA,16,3.3E-010 ![d]矩阵d61项 !X介电常数 TB.ANEL,2,,,1!★定义柔度常数矩阵 MP,PERY,2,1.142E-008 !Y介电常数 !选择对应[s]矩阵的柔度形式 MP,PERZ,2,8.85E-009 !Z介电常数上述APDL命令流只适用于材料编号为2的PZT-8;如果PZT-8的材料编号设定为3，则需要调整有关材料编号的命令，将相应命令中的材料编号由2改为3。因此APDL法需要根据PZT-8的编号对命令流进行相应调整。 3数据文件调用法和APDL法相比，数据文件调用法只需用APDL命令流调用定义了PZT-8材料参数的数据文件即可完成PZT-8材料参数的定义，无需根据PZT-8的编号对数据文件进行相应调整，输入效率更高。 3.1制作数据文件首先建立一个PZT-8.txt文件，然后根据PZT-8的材料参数，在文件里写入下列ANSYS二次开发命令流[]： /COM,Internal UNITS set at file creation time=SI(MKS)!文件内容采用Sl单位制 !*R5.0为数据文件中二次开发命令的格式：MATL指文件当前定义的材料 TBDEL.ALL._MATL !删除材料数据表，为新定义的材料数据表做准备 MPDEL.ALL._MATL !删除材料特性，为新定义的材料特性做准备 MPTEMP.R5.0.1.1.0. !*定义材料密度（定义温度） MPDATA.R5.0,1.DENS,MATL,1,7600, !大密度定义完毕 TBDATA,10,0,0,1.35E-011 TB,PIEZ,MATL,,1!*定义压电常数矩阵 TBDATA,13,0.0,0 !选择[d]矩阵形式 TBDATA,16,3.14E-011,0,0 TBDATA,1,0,0,-9E-011 TBDATA,19,3.19E-011,0,3.19E-011!*[s]矩阵 TBDATA,4,0,0,-9E-011 !定义完毕 TBDATA,7,0,0,2.25E-010 MPTEMP,R5.0,1,1,0.0, !*定义介电常数矩阵 TBDATA,10,0,0,0 !定义温度 TBDATA,13,0.3.3E-010.0 MPDATA.R5.0.1.PERX._MATL.1.1.142E-008, TBDATA,16,3.3E-010,0,0!*[d]矩阵定义完毕 !x介电常数 TB,ANEL,MATL,1,1!+定义柔度常数矩阵 MPTEMP,R5.0,1,1,0.0, !定义温度 !选择柔度形式[s]矩阵 MPDATA.R5.0.1,PERY.MATL.1,1.142E-008, TBTEMP.0.1 !定义温度 !y介电常数 TBDATA,1,1.15E-011,-3.7E-012,-4.8E-012 MPTEMP,R5.0,1,1,0.0 !定义温度 TBDATA.4.0.0.0 MPDATA.R5.0.1,PERZ._MATL.1,8.85E-009. TBDATA,7,1.15E-011,-4.8E-012.0 !介电常数(*介电常数矩阵定义完毕) 写入上述命令流并保存为PZT-8.txt文件，然后将PZT-8.txt文件的后缀名改为SI_MPL,并保存为 PZT-8.SI_MPL文件，PZT-8的数据文件就做好了。 3.2调用数据文件任选计算机硬盘的一个分区建立ANSYS材料库，例如在F盘建立文件夹material,将文件PZT-8. ?1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

金陵科技学院学报第３４卷／ＰＲＥＰ７！进入前处理器ＭＡＴ，２，！设定材料编号为２ＭＰ，ＤＥＮＳ，２，７６００！定义材料密度ＴＢ，ＰＩＥＺ，２，，，１！＊定义压电常数矩阵！选择［ｄ］矩阵形式ＴＢＤＡＴＡ，３，－９Ｅ－０１１！［ｄ］矩阵ｄ１３项ＴＢＤＡＴＡ，６，－９Ｅ－０１１！［ｄ］矩阵ｄ２３项ＴＢＤＡＴＡ，９，２．２５Ｅ－０１０！［ｄ］矩阵ｄ３３项ＴＢＤＡＴＡ，１４，３．３Ｅ－０１０！［ｄ］矩阵ｄ５２项ＴＢＤＡＴＡ，１６，３．３Ｅ－０１０！［ｄ］矩阵ｄ６１项ＴＢ，ＡＮＥＬ，２，，，１！＊定义柔度常数矩阵！选择对应［ｓ］矩阵的柔度形式ＴＢＤＡＴＡ，１，１．１５Ｅ－０１１，－３．７Ｅ－０１２，－４．８Ｅ－０１２！［ｓ］矩！阵Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３项ＴＢＤＡＴＡ，７，１．１５Ｅ－０１１，－４．８Ｅ－０１２！［ｓ］矩！阵Ｄ２２、Ｄ２３项ＴＢＤＡＴＡ，１２，１．３５Ｅ－０１１！［ｓ］矩阵Ｄ３３项ＴＢＤＡＴＡ，１６，３．１４Ｅ－０１１！［ｓ］矩阵Ｄ４４项ＴＢＤＡＴＡ，１９，３．１９Ｅ－０１１！［ｓ］矩阵Ｄ５５项ＴＢＤＡＴＡ，２１，３．１９Ｅ－０１１！［ｓ］矩阵Ｄ６６项ＭＰ，ＰＥＲＸ，２，１．１４２Ｅ－００８！＊定义介电常数矩阵！Ｘ介电常数ＭＰ，ＰＥＲＹ，２，１．１４２Ｅ－００８！Ｙ介电常数ＭＰ，ＰＥＲＺ，２，８．８５Ｅ－００９！Ｚ介电常数上述ＡＰＤＬ命令流只适用于材料编号为２的ＰＺＴ－８；如果ＰＺＴ－８的材料编号设定为３，则需要调整有关材料编号的命令，将相应命令中的材料编号由２改为３。因此ＡＰＤＬ法需要根据ＰＺＴ－８的编号对命令流进行相应调整。３数据文件调用法和ＡＰＤＬ法相比，数据文件调用法只需用ＡＰＤＬ命令流调用定义了ＰＺＴ－８材料参数的数据文件即可完成ＰＺＴ－８材料参数的定义，无需根据ＰＺＴ－８的编号对数据文件进行相应调整，输入效率更高。３．１制作数据文件首先建立一个ＰＺＴ－８．ｔｘｔ文件，然后根据ＰＺＴ－８的材料参数，在文件里写入下列ＡＮＳＹＳ二次开发命令流［６］：／ＣＯＭ，ＩｎｔｅｒｎａｌＵＮＩＴＳｓｅｔａｔｆｉｌｅｃｒｅａｔｉｏｎｔｉｍｅ＝ＳＩ（ＭＫＳ）！文件内容采用ＳＩ单位制！＊Ｒ５．０为数据文件中二次开发命令的格式；＿ＭＡＴＬ指文件当前定义的材料ＴＢＤＥＬ，ＡＬＬ，＿ＭＡＴＬ！删除材料数据表，为新定义的材料数据表做准备ＭＰＤＥＬ，ＡＬＬ，＿ＭＡＴＬ！删除材料特性，为新定义的材料特性做准备ＭＰＴＥＭＰ，Ｒ５．０，１，１，０，！＊定义材料密度（定义温度）ＭＰＤＡＴＡ，Ｒ５．０，１，ＤＥＮＳ，＿ＭＡＴＬ，１，７６００，！＊密度定义完毕ＴＢ，ＰＩＥＺ，＿ＭＡＴＬ，，，１！＊定义压电常数矩阵！选择［ｄ］矩阵形式ＴＢＤＡＴＡ，１，０，０，－９Ｅ－０１１ＴＢＤＡＴＡ，４，０，０，－９Ｅ－０１１ＴＢＤＡＴＡ，７，０，０，２．２５Ｅ－０１０ＴＢＤＡＴＡ，１０，０，０，０ＴＢＤＡＴＡ，１３，０，３．３Ｅ－０１０，０ＴＢＤＡＴＡ，１６，３．３Ｅ－０１０，０，０！＊［ｄ］矩阵定义完毕ＴＢ，ＡＮＥＬ，＿ＭＡＴＬ，１，，１！＊定义柔度常数矩阵！选择柔度形式［ｓ］矩阵ＴＢＴＥＭＰ，０，１！定义温度ＴＢＤＡＴＡ，１，１．１５Ｅ－０１１，－３．７Ｅ－０１２，－４．８Ｅ－０１２ＴＢＤＡＴＡ，４，０，０，０ＴＢＤＡＴＡ，７，１．１５Ｅ－０１１，－４．８Ｅ－０１２，０ＴＢＤＡＴＡ，１０，０，０，１．３５Ｅ－０１１ＴＢＤＡＴＡ，１３，０，０，０ＴＢＤＡＴＡ，１６，３．１４Ｅ－０１１，０，０ＴＢＤＡＴＡ，１９，３．１９Ｅ－０１１，０，３．１９Ｅ－０１１！＊［ｓ］矩阵！定义完毕ＭＰＴＥＭＰ，Ｒ５．０，１，１，０．０，！＊定义介电常数矩阵！定义温度ＭＰＤＡＴＡ，Ｒ５．０，１，ＰＥＲＸ，＿ＭＡＴＬ，１，１．１４２Ｅ－００８，！ｘ介电常数ＭＰＴＥＭＰ，Ｒ５．０，１，１，０．０，！定义温度ＭＰＤＡＴＡ，Ｒ５．０，１，ＰＥＲＹ，＿ＭＡＴＬ，１，１．１４２Ｅ－００８，！ｙ介电常数ＭＰＴＥＭＰ，Ｒ５．０，１，１，０．０，！定义温度ＭＰＤＡＴＡ，Ｒ５．０，１，ＰＥＲＺ，＿ＭＡＴＬ，１，８．８５Ｅ－００９，！ｚ介电常数（＊介电常数矩阵定义完毕）写入上述命令流并保存为ＰＺＴ－８．ｔｘｔ文件，然后将ＰＺＴ－８．ｔｘｔ文件的后缀名改为ＳＩ＿ＭＰＬ，并保存为ＰＺＴ－８．ＳＩ＿ＭＰＬ文件，ＰＺＴ－８的数据文件就做好了。３．２调用数据文件任选计算机硬盘的一个分区建立ＡＮＳＹＳ材料库，例如在Ｆ盘建立文件夹ｍａｔｅｒｉａｌ，将文件ＰＺＴ－８．３６

第4期陈乾伟，等：PZT压电材料参数在ANSYS中的定义方法 37 SI_MPL放入文件夹F:\material。.运行以下命令流就可调用此文件并完成PZT-8材料参数的定义： /PREP7 !进入前处理器 MPREAD,PZT-8',‘SI_MPL',‘F:material'!调用 MAT.3. !设定压电陶瓷的材料编号为3 !文件PZT-8.SMPL,完成材料属性定义上述APDL命令流定义的PZT-8的材料编号为3，如果想将PZT-8的材料编号定义为4，只需要将命令“MAT,3,”改为“MAT,4,”,无需对数据文件进行修改。 4结语本文以PZT-8为例，详细讲述了PZT材料参数在ANSYS中的三种定义方法：GUI图形界面法、AP DL法和数据文件调用法。其中GUI图形界面法需要重复输入材料参数，因此输入效率最低，一般只有初学者采用这种方法：APDL法需要根据PZT的编号对命令流进行相应调整，因此输入效率其次；数据文件调用法只需用APDL命令流调用定义了PZT材料参数的数据文件即可完成PZT的定义，无需对数据文件进行调整，因此输入效率最高。参考文献： [1]张福学.现代压电学（中册）[M].北京：科学出版社，2001：128-16 [2]赵淳生.超生电机技术与应用[M].北京：科学出版社，2010 [3]罗平，张铁民，金鑫.压电陶瓷参数数据的转换原理及ANSYS分析时其输入方法[C]//中国农业工程学会.2007年学术年会论文集.北京：农业科学技术出版社，2007：1一5 [4]李红翔.富士压电陶瓷材料介绍[EB/OL].(2015-09-21)[2018-10-05].http:/www.ndttech..net/piezo-sensors/ pzt/piezo-elements-for-ultrasonic-motor.html [5]Deangelis D A.Schulze G W.Performance of PZT8 versus PZT4 piezoceramic materials in ultrasonic transducers[J]. Physics Procedia,2016.87:85-92 [6]师访.ANSYS二次开发及应用实例详解[M].北京：中国水利水电出版社，2012：142-159 (责任编辑：谭彩霞) 本刊“工程技术”栏目稿约《金陵科技学院学报》是国内外公开发行的自然科学学报，曾获得“中国高校特色科技期刊”称号，是江苏省一级刊物，季刊，每逢季末出版，本刊的“工程技术”栏目是创刊以来的固定栏目。本校正在创建南京软件科技大学，特长期向校内外征集以下学科的文章：软件工程、计算机科学与技术、电子科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程等。另外本栏目也包含建筑学、土木工程、机械工程、材料科学与工程等学科。本栏目学术性和专业性较强，优先发表省部级以上基金项目的阶段性成果，按质择稿，优稿优酬。欢迎广大作者踊跃投稿，我们将提供高效优质的服务，快速审稿，来稿必复。《金陵科技学院学报》编辑部 ?1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net

第４期陈乾伟，等：ＰＺＴ压电材料参数在ＡＮＳＹＳ中的定义方法ＳＩ＿ＭＰＬ放入文件夹Ｆ：＼ｍａｔｅｒｉａｌ。运行以下命令流就可调用此文件并完成ＰＺＴ－８材料参数的定义：／ＰＲＥＰ７！进入前处理器ＭＡＴ，３，！设定压电陶瓷的材料编号为３ＭＰＲＥＡＤ，‘ＰＺＴ－８’，‘ＳＩ＿ＭＰＬ’，‘Ｆ：＼ｍａｔｅｒｉａｌ’ ！调用！文件ＰＺＴ－８．ＳＩ＿ＭＰＬ，完成材料属性定义上述ＡＰＤＬ命令流定义的ＰＺＴ－８的材料编号为３，如果想将ＰＺＴ－８的材料编号定义为４，只需要将命令“ＭＡＴ，３，”改为“ＭＡＴ，４，”，无需对数据文件进行修改。４结语本文以ＰＺＴ－８为例，详细讲述了ＰＺＴ材料参数在ＡＮＳＹＳ中的三种定义方法：ＧＵＩ图形界面法、ＡＰ－ＤＬ法和数据文件调用法。其中ＧＵＩ图形界面法需要重复输入材料参数，因此输入效率最低，一般只有初学者采用这种方法；ＡＰＤＬ法需要根据ＰＺＴ的编号对命令流进行相应调整，因此输入效率其次；数据文件调用法只需用ＡＰＤＬ命令流调用定义了ＰＺＴ材料参数的数据文件即可完成ＰＺＴ的定义，无需对数据文件进行调整，因此输入效率最高。参考文献：［１］张福学．现代压电学（中册）［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１：１２８－１６１［２］赵淳生．超生电机技术与应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１０［３］罗平，张铁民，金鑫．压电陶瓷参数数据的转换原理及ＡＮＳＹＳ分析时其输入方法［Ｃ］／／中国农业工程学会．２００７年学术年会论文集．北京：农业科学技术出版社，２００７：１－５［４］李红翔．富士压电陶瓷材料介绍［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１５－０９－２１）［２０１８－１０－０５］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｄｔｔｅｃｈ．ｎｅｔ／ｐｉｅｚｏ－ｓｅｎｓｏｒｓ／ｐｚｔ／ｐｉｅｚｏ－ｅｌｅｍｅｎｔｓ－ｆｏｒ－ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ－ｍｏｔｏｒ．ｈｔｍｌ［５］ＤｅａｎｇｅｌｉｓＤＡ，ＳｃｈｕｌｚｅＧＷ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰＺＴ８ｖｅｒｓｕｓＰＺＴ４ｐｉｅｚｏｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ［Ｊ］．ＰｈｙｓｉｃｓＰｒｏｃｅｄｉａ，２０１６，８７：８５－９２［６］师访．ＡＮＳＹＳ二次开发及应用实例详解［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２０１２：１４２－１５９（责任编辑：谭彩霞櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷櫷毻毻毻毻）本刊“工程技术”栏目稿约《金陵科技学院学报》是国内外公开发行的自然科学学报，曾获得“中国高校特色科技期刊”称号，是江苏省一级刊物，季刊，每逢季末出版，本刊的“工程技术”栏目是创刊以来的固定栏目。本校正在创建南京软件科技大学，特长期向校内外征集以下学科的文章：软件工程、计算机科学与技术、电子科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程等。另外本栏目也包含建筑学、土木工程、机械工程、材料科学与工程等学科。本栏目学术性和专业性较强，优先发表省部级以上基金项目的阶段性成果，按质择稿，优稿优酬。欢迎广大作者踊跃投稿，我们将提供高效优质的服务，快速审稿，来稿必复。《金陵科技学院学报》编辑部３７