2 / 10
Л.А. Зинченко, В.В. Макарчук, А.Е. Маслов
52
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 5
Достижения в области искусственного и вычислительного интеллекта [3]
позволили перейти к практическому использованию распределенных интеллек-
туальных систем и сред (Ambient Intelligence, интеллектуальное окружающее
пространство). Для развертывания таких систем необходима разработка сенсо-
ров и актюаторов [1, 2, 4–7], выполняющих функции связи реального мира и
виртуального пространства. Они могут быть реализованы на базе различных
физических принципов, например, с использованием пьезоэлектрического эф-
фекта [5], эффекта Холла или комбинации нескольких эффектов [6].
Вне зависимости от используемого физического эффекта, чувствительные и
исполнительные элементы интеллектуальных сред требуют энергоснабжения.
В связи с этим представляется перспективным разработка источников энергии,
позволяющих обеспечить автономное энергоснабжение интеллектуальных сред.
К таким источникам предъявляют повышенные требования к массогабаритным
характеристикам и надежности.
В настоящей статье рассмотрено математическое и программное обеспече-
ние для исследования параметров пьезоэлектрических элементов, предназна-
ченных для накопления электрической энергии в результате механических воз-
действий, возникающих при ходьбе человека [7].
Для решения поставленной задачи был использован пакет ANSYS [4], поз-
воляющий моделировать работу пьезоэлектрических устройств.
Краткие сведения о пакете ANSYS.
Моделирование работы чувствитель-
ных элементов (датчиков) может быть выполнено как на основе численных ме-
тодов, так и методов компьютерной алгебры. Однако в связи со сложностью
построения аналитических моделей устройств, использующих анизотропные
материалы, при исследовании параметров пьезоэлектрических элементов были
применены численные методы, одним из которых является метод конечных
элементов.
По сравнению с методом конечных разностей и методом граничных эле-
ментов метод конечных элементов позволяет достичь компромисса между точ-
ностью и временем моделирования [4, 10].
Программный комплекс ANSYS является одной из наиболее известных
CAE-систем, предназначенной для решения дифференциальных уравнений в
частных производных методом конечных элементов. Графический интерфейс
указанного программного комплекса показан на рис. 1. Графическое окно в
центре позволяет визуализировать все действия, проводимые с моделью пьезо-
электрического устройства. Для удобства слева от него расположены инстру-
менты для управления процессом моделирования.
На горизонтальной панели вверху экрана расположены элементы управле-
ния проектом и базой данных модели, а также командная строка, которая поз-
воляет работать с системой в пакетном режиме с помощью языка APDL (ANSYS
Parametric Design Language). Все доступные команды можно просмотреть ко-
мандой «Справка», которая также находится на горизонтальной панели.