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例題２ 強連成解析
本例題について
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例題１調和解析を、強連成解析で解析し、弱連成との比較を行いました。
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析モデルダウンロード
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プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
m |
解析条件
ソルバは圧電解析と音波解析を同時に選択します。
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項目 |
条件 |
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ソルバ |
圧電解析[Rayleigh] 音波解析[Mach] |
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解析の種類 |
調和解析 |
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解析オプション |
”強連成”にチェック |
調和解析タブにおいて周波数、間隔、スイープの設定を以下のように設定しています。
また解析領域の外部にも音波が放射していきますので開放境界の条件として以下の
デフォルト条件を使用します。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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調和解析 |
周波数 |
最小：1500[Hz] 最大：1700[Hz] |
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間隔 |
分割数：10 |
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開放境界タブ |
種類 |
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吸収境界の次元 |
1次 |
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原点座標 |
x = y = z = 0 |
モデル図
円板上のアルミ板(Plate)の上面に圧電体(Unit)を構成し、その上面に半球上の空気のボディ（Air)を配置しています。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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0/Solid |
Air |
000_空気※ |
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1/Solid |
Unit |
000_P-4※ |
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2/Solid |
Plate |
001_アルミニウムAl※ |
※材料データベースを利用
UnitとPlateは圧電解析でのみ解析領域とし、Airは音波解析でのみ解析領域とします。
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ボディ属性名 |
解析領域（ソルバ） |
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Unit |
圧電/Rayleigh |
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Plate |
圧電/Rayleigh |
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Air |
音波/Mach |
圧電音波連成解析の注意：
この解析では、解析するBodyを圧電解析するのか、音波解析するのか、指定しなければなりま
せん。つまり解析領域タブでは、圧電か音波のどちらか一方にチェックが必要です。
境界条件
圧電素子の周囲をZ方向のみ固定しています。
圧電素子の上下面に電位指定のための電気壁が設定されています。
空気の球面の境界には開放境界が設定されています。
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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V0/Face |
電気 |
電気壁 |
電位指定：電位 0[V] |
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V1/Face |
電気 |
電気壁 |
電位指定：電位 10[V] |
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Fix/Face |
機械 |
変位 |
UZのみチェック UZ=0 |
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Open |
音波 |
開放境界 |
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解析結果
結果として得られた、圧電体の変位振幅の周波数変化に注目しました。
横軸周波数、縦軸を変位Z成分の振幅（Absolute）にとり、下図のようなグラフを作成しました。ただし、圧電体の振幅は、もっとも振幅の大きい中央（座標（０，０，０））での値としています。
強連成にすると、空気が圧電体の振動を邪魔をする効果が考慮されるため、1.6[kHz]の共振周波数において、圧電体の振幅が小さくなっていることがわかります。逆に、共振周波数から少しずれると、ほとんど振幅の差が無いことも分かりました。
