ANSYS和Pro/E在超声电动机有限元建模中的应用

    超声电动机是一种利用压电材料的逆压电效应进行工作的微特电机。和传统的电磁电机相比，超声电动机具有结构简单、功率密度高、无噪音、断电自锁和无电磁干扰等优点，因而发展迅速，应用日益广泛。

    超声电动机设计中最关键的问题是要使定转子接触界面上定子驱动足表面的质点产生足够振幅的椭圆运动，因此，超声电动机的设计主要是定子的结构设计。

    由于涉及到压电耦合场的分析，因此，主要借助于大型有限元分析软件ANSYS对超声电动机定子进行动态分析（模态分析和谐响应分析）。

    从总体上，用ANSYS软件设计超声电动机可以分为三个部分：前处理、加载和求解、后处理。其中，加载求解部分以及后处理部分可以通过ANSYS的APDL命令流或GUI方式，通过定子电机定子的夹持约束及压电陶瓷的电学边界条件完成加载；通过进入求解器，指定分析类型完成求解；通过进入通用后处理器，提取定子工作模态振型和频率以及定子质点的椭圆运动的振幅完成后处理部分。上述过程相对固定，容易实现。比较而言，前处理部分要建立能够准确描述子女工资的三维几何模型，并通过合理简化结构、合理选择单元类型及网络划分控制，最终生成定子有限元模型。定子有限元模型的优劣（是否准确描述其物理模型），决定有限元分析结果的准确性。因此，前处理部分是超声电动机设计流程中最基本也是最重要的一部分。目前广泛采用AMSYS软件建立超声电动机有限元模型。

    ANSYS是一款功能强大的大型通用有限元分析软件。三十，和大型三维CAD软件Pro/E相比，其几何建模能力较差，如果利用ANSYS提供的建模方法，即使建立一个结构特征较多的几何模型都将是非常复杂的过程，并且在ANSYS中无法直接建立组合体模型。

    为了弥补几何建模能力的不足，ANSYS开发了能与包括Pro/E软件在内的许多CAD软件的接口，可以实现与这些CAD软件的数据共享和交换。

    Pro/E是一款功能强大的大型三维CAD参数化软件，且自带图形接口，能进行多种图形格式的输出并可方便地被后续工程软件所利用。因此，采用ANSYS和Pro/E集成的方法建立超声电动机有限元模型能充分发挥Pro/E的实体建模功能和ANSYS的有限元分析功能，对于提高超声电动机的设计效率及优化设计电机结构具有重大意义。