技术摘要：
本发明公开了一种基于ANSYS的GUI界面的分析压电致动器运动变形的仿真方法，包括步骤：S1.建立压电致动器的三维仿真模型；其中，所述仿真模型包括压电片模型和夹层金属片模型；S2.基于ANSYS的GUI界面分别对建立的压电片模型和夹层金属片模型定义单元格类型和材料属性；S  全部
背景技术：
压电致动器作为压电智能材料最重要的应用,近年来成为微电机领域的一个研究 热点。在精密定位控制系统中,采用压电致动器作为其驱动控制部件,已经成为精密定位控 制领域的技术发展趋势。压电致动器通过应用压电陶瓷所具有施加电压发生度变形(伸长、 收缩)的特性，广泛用于手机相机模块的自动聚焦、数码相机的图像稳定系统等位置控制设 备。 压电致动器不仅尺寸小，薄型，且具有高回变位的特点，为相机模块的小型化、薄 型化做出了贡献。 传统有限元法采用APDL编程语言操作，虽然有利于规范化操作，但大量编程语言 指令的基本要求大大提高了初学者进入有限元分析的门槛。
技术实现要素：
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种基于ANSYS的GUI界面的压电致 动器运动变形的仿真方法，以解决APDL语言建模复杂，现有方法计算精度低，计算模型单元 数量冗杂及计算时间长的问题；通过导入Solidworks建模软件输出的.x_t文件，利用ANSYS 有限元软件中APDL语言中的GUI界面，输入压电片的压电常数矩阵、介电常数矩阵、柔顺常 数矩阵、密度等实际参数，并施加一定频率的10V正弦交流电压，就可以建立以压电致动器 的谐响应分析模型来预测压电致动器的横纵向变形幅值及曲线。 为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案： 一种基于ANSYS的GUI界面的分析压电致动器运动变形的仿真方法，包括步骤： S1.建立压电致动器的三维仿真模型；其中，所述仿真模型包括压电片模型和夹层 金属片模型； S2.基于ANSYS的GUI界面分别对建立的压电片模型和夹层金属片模型定义单元格 类型和材料属性； S3.基于ANSYS的GUI界面分别对建立的压电片模型和夹层金属片模型进行网格划 分； S4.基于ANSYS的GUI界面进行模态分析确定该压电致动器的最佳变形模态和谐振 频率； S5.基于ANSYS的GUI界面进行谐响应分析得出该压电致动器的响应幅值曲线。 作为本发明的优选方案之一，所述步骤S1具体包括： S11，以Solidworks软件建立压电致动器模型并保存为.x_t格式，其中长度尺寸单 位选择为m；对上下压电片和金属中间层进行定位装配； 3 CN 111553106 A 说　明　书 2/6 页 S12，基于ANSYS的GUI界面将压电致动器.x_t文件的导入ANSYS； S13，基于ANSYS的GUI界面将导入的压电致动器模型实体化。 作为本发明的优选方案之一，所述步骤S2中，定义压电片单元类型为SOLID5，夹层 金属片单元类型为SOLID45；新建两种材料性能，分别为材料1和材料2，并指定为压电片和 夹层金属片的材料参数。利用ANSYS对压电致动器进行模态分析时，需输入压电陶瓷的材料 参数，主要包括密度和三大矩阵：介电常数矩阵，刚度常数矩阵和压电常数矩阵。但由于制 造商提供的数据与ANSYS需要的格式数据有所不同，在输入参数前须对数据格式进行转换。 作为本发明的优选方案之一，所述步骤S3包括： S31，对上下压电片模型与夹层金属片模型之间接触状态定义为面粘结； S32，指定材料和单元类型； S33，为不同材料区分颜色； S34，进行网格划分。为了保障模型的计算稳定及收敛性，对圆弧处的网格进行充 分细化。 作为本发明的优选方案之一，所述步骤S4包括： S41.根据压电致动器静止状态的特性设置边界状态和施加载荷，为夹持金属片的 两端施加全方向的位移约束； S42.为基于ANSYS的GUI界面设置谐振频率范围以及谐振模态数； S43.在提交求解器得出结果后需在general  postprocess模块中查看模态及对应 频率，利用动画仿真寻找最佳运动模态M并确定对应频率f。 作为本发明的优选方案之一，所述步骤S5包括： S51.根据压电致动器运动状态的特性设置边界状态和施加载荷； S52.根据S4确定的谐振模态和频率设置频率范围以及步进数； S53.根据压电致动器的实际运动特性设置阻尼系数； S54.提交至求解器，待计算结果出来后基于ANSYS的GUI界面，选取夹层金属片位 移形变最大的点，绘制压电致动器的响应幅值曲线； 本发明与现有技术相比，有益效果是： 本发明通过ANSYS的GUI界面建立的压电致动器三维计算模型，不仅精度高，而且 降低了建模的复杂性和操作难度，由于ANSYS的GUI界面按钮简洁明了，无须掌握APDL的操 作语言，大大降低了ANSYS的上手难度，同时体系完整的仿真流程有利于提高初学者对于有 限元仿真的实际工作原理的理解与掌握； 同时，利用ANSYS对压电致动器进行模态分析时，需输入压电陶瓷的材料参数，但 由于制造商提供的数据与ANSYS需要的格式数据有所不同，在输入参数前须对数据格式进 行转换，本发明提供的转换方法能快速准确将压电陶瓷的材料参数转换成ANSYS仿真需要 的格式数据，有效缩短了压电致动器的仿真分析周期，提高了仿真计算效率。 附图说明 图1是本发明所述基于ANSYS的GUI界面的压电致动器运动过程仿真方法流程图； 图2是本发明所述压电致动器三维仿真模型示意图； 图3是本发明所述对压电片和夹层金属片进行赋予材料参数、网格划分、约束并设 4 CN 111553106 A 说　明　书 3/6 页 置边界条件后的仿真模型示意图； 图4是本发明所述对压电致动器模态分析求解后的形变示意图； 图5是本发明所述对压电致动器谐响应分析求解后的弹性应变图； 其中，1-压电片模型；2-夹层金属片模型。