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例題３ 強連成解析（音波駆動）

本例題について

• 音波領域から駆動した解析です。音圧を圧電体の浮電極電圧として測定しています。
  

• 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

• 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

項目	条件
解析空間	3次元
モデル単位	m

 

解析条件

項目	条件
ソルバ 解析の種類に応じて、電磁界や応力を計算するソフト	圧電解析[Rayleigh （レイリー） Femtetの圧電解析ソルバの名称、もしくは人名] 音波解析[Mach （マッハ） Femtetの音波解析ソルバの名称]
解析の種類	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。
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 アンテナなどの解析で、本来は無限まで続く解析空間を、有限領域で解析するときの外部境界条件の条件として以下のデフォルト条件を使用します。

タブ設定	設定項目	条件
調和解析	周波数	10x103[Hz]
	スイープタイプ	ひとつの周波数
開放境界タブ	種類	吸収境界 音波、電磁波などの波の反射の発生しない境界条件。
	吸収境界の次元	1次
	原点座標	x = y = z = 0

 

モデル図

音波解析例題４呼吸球の周りに、圧電体を配置し、音圧の測定を行いました。測定の為、半円状の圧電体を５枚用意し、呼吸球の周りに配置しました。１枚の圧電体は、下図に示した通り、GND面と浮電極面があって、浮電極の電位で圧力を検知します。

 

ボディ属性および材料の設定

ボディ モデルを形成するもの。Femtetで作成したモデルは「ボディ」の集まり。 No./ボディタイプ	ボディ属性名	材料名
4/Solid	Air	000_空気※
5/Solid	圧電体_000	000_P-4※
6/Solid	圧電体_045	000_P-4※
7/Solid	圧電体_090	000_P-4※
8/Solid	圧電体_135	000_P-4※
9/Soid	圧電体_180	000_P-4※

※材料データベースを利用

 

 

ボディ属性名	タブ	解析領域（ソルバ）
圧電体_000	解析領域	圧電/Rayleigh
	方向	（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０，０，１）
圧電体_045	解析領域	圧電/Rayleigh
	方向	（ｘ、ｙ、ｚ）＝（１，０，１）
圧電体_090	解析領域	圧電/Rayleigh
	方向	（ｘ、ｙ、ｚ）＝（１，０，０）
圧電体_135	解析領域	圧電/Rayleigh
	方向	（ｘ、ｙ、ｚ）＝（１，０，-１）
圧電体_180	解析領域	圧電/Rayleigh
	方向	（ｘ、ｙ、ｚ）＝（０，０，-１）
AIR		音波/Mach

 

• 圧電音波連成解析の注意：　圧電音波連成解析では、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

境界条件名/Topology ボディを構成する要素のこと。点、辺、面トポロジがある。	タブ	境界条件 力、温度、電圧など、ボディの境界(トポロジ)に与える条件の種類	条件
VEL/Face	音波	速度	1[m/s]
Open/Face	音波	開放境界
FIX	機械	変位	UX=0,UY=0,UZ=0
UY0	機械	変位	UY=0
V0	電気	電位	0[V]
FLOAT_000～FLOAT_180	電気	浮電極

 

解析結果

音圧分布を示します。また、比較の為に、圧電体を完全に取り除いた、モデルの結果を示します。

 

結果図１(a)．　圧電体を取り除いたモデルの　　　　　結果図1(b)．圧電体を含むモデルでの音圧分布（参考）

音圧分布。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図の右手に、浮電極の電位を示しています。

 

 

 

 

結果図1(a),(b)を見比べると、音波が圧電体に邪魔されることが、はっきりと示されています。

圧電体のみを表示して、上図のX軸正方向にむかって見たのが下図です。半円状の圧電体の色は、浮電極の電位を表しています。圧電体右側に示した数字は浮電極の電位です。

音圧の大きい、呼吸球の正面は、電圧も高くなっていて、音圧に対応した電圧が得られていると考えられます。