COMSOLMultiphysics仿真步驟

1、COMSOL Multiphysics 仿真步驟1算例介紹一電磁鐵模型截面及幾何尺寸如 圖1所示鐵芯為軟鐵磁化曲線(B-H)曲線如圖2所示勵磁 電流密度J=250 A/cm2?，F(xiàn)需分析磁鐵內(nèi)的磁場分布。圖1電磁鐵模型截面圖(單位cm)(I Q, i . i :2 5圖2鐵芯磁化曲線2 COMSOL Multiphysics 仿真步驟根據(jù)磁場計(jì)算原理結(jié)合算例特點(diǎn)在 COMSOL Multiphysics中實(shí)現(xiàn)仿真。(1) 設(shè)定物理場COMSOL Multiphysics 4.0 以上的版本中在 AC/DC模塊下自定 義有8種應(yīng)用模式分別 為：靜 電場 (es)、電流(es)、電流-殼(ecs)、

2、磁場(mf)、磁場和電場(mef)、帶電粒子追蹤(cpt)、電路(cir)、磁場-無電流 (mfnc)。其中 磁場(mef)是以磁矢勢A作為因變量可應(yīng)用于： 已知電流分布的DC線圈； 電流趨于表面的高頻AC線圈； 任意時變電流下的電場和磁場分布；根據(jù)所要解決的 問題的特點(diǎn)一一分析磁鐵在線圈通電情況下的電磁場分布選擇2維 磁場(mf)應(yīng)用模 式穩(wěn)態(tài)求解類型。(2) 建立幾何模型根據(jù)圖1 在COMSOL Multiphysics中建立等比例的幾何模型如圖3所示。有限元仿真是 針對封閉區(qū)域因此在磁 鐵外添加空氣域包 圍磁鐵。由于磁鐵的磁導(dǎo)率因此空氣域的外 輪廓線可以理想地 認(rèn)為與磁場線跡線重合并 設(shè)

3、為磁位的參考點(diǎn) 即(21)式中 L為空氣外邊界。(3) 設(shè)置分析條件 材料屬性本算例中涉及到的材料有空氣和磁鐵在軟件自帶的材料 庫中選取Air和Soft Iron。對于磁鐵的B-H曲線在該節(jié)點(diǎn)下將已定 義的離散B-H曲線表單導(dǎo)入其中即可。 邊界條件由于磁鐵的磁導(dǎo)率因此空氣域的外 輪廓線可以理想地 認(rèn)為與磁場線跡線重合并 設(shè)為磁位的參考點(diǎn)即(21)式中 L為空氣外邊界。為引入磁鐵的B-H曲線除在材料屬性 節(jié)點(diǎn)下導(dǎo)入B-H表單之外還需在 磁場(mef)節(jié)點(diǎn)下選擇 安培定 律” 域?yàn)椤?2”即磁 鐵區(qū)域在 磁場 本構(gòu)關(guān)系”處將本構(gòu)關(guān)系 選擇為“&B曲線”此時即表示將材料 性質(zhì)表達(dá)為磁通密度B的函數(shù)也

4、符合以磁矢 勢A作為因變量時的表達(dá)從而避免在本構(gòu)關(guān)系中定義循環(huán)變量。設(shè)置窗口如下圖所示。獰耶H強(qiáng)欝1圖4磁鐵本構(gòu)關(guān)系設(shè)置該模型中線圈中勵磁 電流密度為J=250 A/cm2因此在 磁場(mef)節(jié)點(diǎn)下選擇兩個 外部電流密度” 節(jié)點(diǎn)分別用于 設(shè)置兩個線圈的電流密度。根據(jù)式(2) 該電流密度因?yàn)閦軸方向的電流密度且兩個 線 圈的電流密度方向 應(yīng)相反。事先在模型 樹下定義參數(shù)J 表達(dá)式為“ 250e4A/cmA2。設(shè)置窗口如下 圖所 示。*VIL 9T2.(a)線圈1(b)線圈1圖5線圈電流設(shè)置網(wǎng)格劃分網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)下直接創(chuàng)建三角形網(wǎng)格結(jié)果如下圖所示。圖6網(wǎng)格劃分結(jié)果求解選擇 穩(wěn)態(tài)”求解模式直接 進(jìn)行計(jì)算

5、。該模型結(jié)構(gòu)比較簡單求解時間為2 s。4后處理磁通密度如圖7所示。圖7面磁通密度分布由圖6可以看出磁通密度主要集中分布在磁鐵上在轉(zhuǎn)角處磁通密度 較大（圖中紅色區(qū)域）；在空氣域磁通密度很小。磁通密度等 值分布圖如下所示：圖8磁通密度等值線分布磁通密度方向如下 圖所示圖中箭頭表示磁通密度方向。圖9磁通密度等值線分布磁力線分布如下圖所示:if 11圖10磁勢分布I Ml MF.MT9由圖10可看出磁矢 勢A圍繞線圈在磁 鐵中形成閉合曲線圖中線的密度形象表示了磁 場的強(qiáng)弱在轉(zhuǎn)角處的線較稠密。2結(jié)論本文在COMSOL Multiphysics中實(shí)現(xiàn)了對一簡單電磁鐵模型磁 場分析并有以下 結(jié)論：(1) COMSOL Multiphysics中引入B-H曲線數(shù)據(jù)時需指定本構(gòu)關(guān)系中的 設(shè)置避免在本構(gòu)關(guān)系中出 現(xiàn) 循環(huán)變量；同時需另在 該域上定義安培定律；COMSOL Multiphysics中等值線所表