圧電解析タブ

設定項目

解説

解析の種類

静解析 時間的に変化のない解析。たとえば一定の力を加えた時の応力解析や直流電流による磁界解析など。

一定の荷重、電圧、電流を加える解析

調和解析 正弦波で駆動したときの解析。解析条件で駆動する周波数を指定する。

正弦波で変化する荷重、電圧(交流)、電流(交流)に対する応答解析

共振解析 特定の周波数で駆動すると共振し、大きく振動するが、その周波数と振動モードの解析

構造物の共振、電気的な共振(共振器)の解析。注意点は、こちら。

過渡解析 時間的にフィールド分布が変化している解析。

過渡状態(時間と共に変化する状態)の解析です。[共振モード利用の過渡解析]オプションのチェックで、解析方法や解析できることが変わります。

参考：テクニカルノートの圧電過渡解析。

解析平面

2次元解析を行う場合にいずれかを選択してください。

2次元断面

解析面に対して厚い振動子です。応力解析の平面ひずみに対応します。

平面応力 2次元応力解析の場合に、モデルの奥行き方向の応力をゼロとみなす近似方法。奥行き寸法が薄い場合に有用。
解析面に対して薄い振動子で、変位は解析面に平行です。
 

拘束する変数

一般に圧電振動は ｘ，ｙ，ｚ方向の変位と電位ｖの4つの自由度があります。

この中で始めからゼロと分かっている自由度は拘束しておきます。

こうすることで計算時間が短縮でき、不要なモードを計算せずにすみます。

通常の２次元解析ではｙ方向の変位がゼロであるので、Y方向の変位を拘束（チェック）しておきます。

ただしSH波のように奥行き方向に振動するモードを計算する場合には、Y方向を自由にしておく必要があります。

３次元解析では、変位を拘束することはできません。

また圧電体を含まない純弾性体のモデルでは、電位はないので電位を拘束しておきます。

大変形 Femtetでは、 要素の回転やひずみが大きい状態を大変形と呼ぶ。大変位、大ひずみの総称。

大変形を考慮した幾何学的非線形の解析を行うときにチェックします。

Femtetでは、要素の回転とひずみが大きい状態を大変形と呼びます。

詳細はテクニカルノート「大変形(幾何学的非線形)の解析」を参照してください。

・大変位 それまでに生じた変位（特に回転変位）の影響が無視できない場合に使用する応力解析のオプションにチェックした場合

回転の影響を考慮した解析が行われます。

グリーン・ラグランジュひずみを使用したトータル・ラグランジュの定式化 初期配置を基準として行列方程式を作成する手法を行います。

大変形の解析を行う場合、反復計算を行うことになるので、解析に時間がかかることがあります。

『解析の種類』が[静解析]もしくは[過渡解析]の時に入力可能です。

解析オプション

解説

加速度

モデルの自重を考慮した解析を行う場合に使います。

 『解析の種類』 が [共振解析] の場合は、選択不可能になります。

角速度 回転運動をする物体の回転速度を[rad/sec]の単位であらわした物理量

3次元解析のみの機能です。

『解析の種類』が静解析の場合、遠心力を考慮した解析が可能です。

『解析の種類』が調和解析の場合、コリオリ力 回転する座標系上で、移動する物体にはたらく見かけ上の力。を考慮した解析が可能です。

熱荷重 物体の線膨張によって、異なる線膨張係数を有する物体間で発生する荷重 /一定温度 一定温度で解析するオプション機能。材料定数に温度依存性がある場合その温度での材料定数を使用します。

熱荷重を考慮するときにチェックします。

ここをチェックするとステップ/熱荷重タブが設定できるようになります。

一定温度で解析を行うときにチェックをします。

ここをチェックすると、粘弾性タブの温度依存性を用いた解析ができるようになります。

一定温度タブにて一定温度を設定できるようになります。

静解析では熱荷重、調和解析では一定温度が選択できます。

初期応力

初期応力を考慮することにより、張力によって硬くなる効果（共振周波数が高くなる）等の解析が可能です。
また、応力だけでなく、変形による寸法・密度の変化や、回転による異方性 方向によって特性が変わる性質の方向変化の影響も考慮されます。

詳細は「初期応力を考慮した解析」を参照してください。

この解析は２段階に分けて行なわれます。

第一段階：静解析（解析①）を実施し、変位、応力を求めます。

第二段階：解析①の結果得られた、変位、応力データを用い、初期応力を考慮した解析（解析②）を行います。
ただし、『解析①によるひずみ、応力が支配的であり、解析②によるひずみ、応力は解析①に対して微小である』という仮定での解析になります。

計算結果フィールド 電場解析における電界、熱解析における温度、応力解析における変位のように解析モデル空間において分布を持つ物理量は、解析①の結果と解析②の結果を見ることができます。
ただし、解析②の変位は解析①の変位を含みませんので、気を付けてください。

解析②の変位図は、解析①の変位を足したものが表示されます（解析①の変位には補正倍率はかかりません）。

考慮する

　　チェック有りの場合に、初期応力を考慮した解析を行います。

静荷重を境界条件 力、温度、電圧など、ボディの境界(トポロジ)に与える条件で指定（圧電例題１３）

　　解析①、②を一回の解析で順に実施する方法です。

　　共振解析でのみ使用可能です。このボタンがONの場合、まず力の境界条件、変位の境界条件（0を除く）を静荷重として変形量求めます。得られた変位量を元に、硬くなる（若しくは柔らかくなる）効果を考慮し、共振解析を行います。ただし、解析②において、静荷重を加えた場所は、固定（変位０）の境界条件として扱われます。

　　以前、”静荷重をかけながら共振解析する”、と呼んでいた解析と同じです。

解析結果を使用する(結果インポート)（圧電例題１８）

　　解析①があらかじめ終わっている時の方法です。

　　静解析、調和解析、共振解析で使用可能です。

　　解析①を省略する代わりに、変位、応力の結果を持つ応力解析、圧電解析結果を結果インポートタブで指定します。

　　ただし、非線形（大変形、接触 離れたボディ同士が接触して力をおよぼしあう状況を解析できる機能）の静解析では使えません。

Thermoelastic Dampingを考慮する

調和解析と共振解析で利用できます。Thermoelastic Dampingは、振動に起因する温度変化により発生する損失を、考慮する機能です。

T0は、振動中の素子の温度を入力します。例題22が使用例になります。

共振モード利用の過渡解析

過渡解析の方法を指定します。

チェックが無い場合

　　有限要素法の陰解法で解析します。これは応力過渡解析と同じ方法です。（特別オプション機能）

チェックがある場合

　　共振解析で得られた固有モードと、静解析の結果の足し合わせで,フィールドを表します。

　　与える事のできる時間依存の荷重は、境界条件で与える、電圧と力になります。

参考：テクニカルノートの圧電過渡解析。

設定項目

解説

結果フィールドを出力する

チェックありの時、結果フィールドを出力します。チェックを外すと、結果フィールドを出力しません。

ただし、過渡解析では常にチェックが入り、チェック無しにできません。

また、非線形の静解析（大変位や接触を含む）ではチェックの有無にかかわらず、結果フィールドが出力されます。

結果グラフ

・[インピーダンス]　または[アドミタンス]の出力グラフ形式を選択します。

[解析終了]ダイアログの、[S(Y)パラメータグラフを表示]　にチェックが入っている場合、[解析結果を表示]ボタンを押した後に表示されるグラフの縦軸を指定します。

またソルバー実行時に出力するタッチストンファイルの出力形式を指定します。

ただし、静解析ではインピーダンス、アドミタンスの計算は行いません。

共振解析では１ポートのモデルの時のみ、インピーダンスまたはアドミタンスの出力を行います。

• １ポートのモデルとは０[V]の電気壁 電界がその境界に対し垂直に向く扱いになる境界条件。電磁場を解析するモデルの対称境界や完全導体面などに用いる。、電位指定境界条件と、０[V]以外の電気壁、電位指定境界条件が設定されていて、０[V]以外の電気壁、電位指定境界条件が１種類のモデルを指します。
  

・

共振解析でこのボタンを押すことができます。

このボタンを押すと共振解析の結果からインピーダンスまたはアドミタンスを計算する、RayImpGraphダイアログを（一部分を除き）表示できます。ここで最大周波数、最小周波数、分割数等が入力できます。

入力した値は、共振解析実行時にインピーダンス計算する為に利用します。