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有限元分析的一种近似FEM方法

(2023-04-21 19:58:22)
标签:

有限元分析

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有限元分析的一种近似FEM方法

本文提出一种有限元分析近似FEM方法采用多极点函数近似FEM计算的方程组系数并对多极点函数的参数采用多项式拟合。实际模拟时采用多极点函数代替可避免FEM方法的多次方程组求解从而大幅度减少其计算量。设计一种声表面波射频标签实验采用FEM近似方法优化的FE为灯BEM模拟并与原FEM方法相比FEM近似方法的精确性和计算速度的提高均得到验证。

如图1所示FEM采用如下假设

)l压电基片材料和电极在孔径方向远大于表面声波的波长可假设所有场量沿孔径方向是不变的

2)压电基片足够厚且在两侧涂有吸声材料可假设基片是半无限大的

3)压电晶体材料中的声波速度一般比电磁波速度低5个数量级压电祸合可以看成是准静态的。

4)为求方便所有场量都假设是谐波形式后面讨论中都省略了该谐波形

FE加灯BEM理论的基本思想是对于压电基片需满足牛顿运动方程、静电场方程和压电本构方程等微分方程BEM方法从这些微分方程出发通过数学推导得到叉指换能器与基片界面上的电学量和声学量的关系方程对于叉指换能器指条结构分布任意适合采用FEM方法模拟声场FEM得到界面上声学量的关系方程。界面的边界条件是:位移、应力和电势连续电荷密度等于法向位移的不连续量。

   为能数值计算对连续的电学量和声学量采用切比雪夫多项式加权近似使连续方程变为代数方程组即可采用数值方法求解得到器件的频率响应。叉指换能器的指条一般认为是矩形形状选用四节点矩形单元采用指条中间疏两端密的方法划最后可得应力和位移之间的关系方程


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