ANSYS電磁場(chǎng)分析指南3D靜態(tài)磁場(chǎng)分析標(biāo)量法

1、 第五章-靜態(tài)磁場(chǎng)分析（標(biāo)量法）5.1 在3-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析（標(biāo)量法）中要用到的單元表1三維實(shí)體單元：?jiǎn)卧S數(shù)形狀或特性自由度SOLID53-D六面體，8個(gè)節(jié)點(diǎn)每節(jié)點(diǎn)6個(gè)：位移、電勢(shì)、磁標(biāo)量位或溫度SOLID963-D六面體，8個(gè)節(jié)點(diǎn)磁標(biāo)量位SOLID983-D四面體，10個(gè)節(jié)點(diǎn)位移、電勢(shì)、磁標(biāo)量位、溫度表2三維界面單元單元維數(shù)形狀或特性自由度INTER1153-D四邊形，4個(gè)節(jié)點(diǎn)磁標(biāo)量位，磁矢量位表3三維連接單元單元維數(shù)形狀或特性自由度SOURC363D桿狀( Bar)、弧狀(Arc)、線圈(Coil)基元3個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)表4三維遠(yuǎn)場(chǎng)單元單元維數(shù)形狀或特性自由度INFIN473-D四邊形

2、，4個(gè)節(jié)點(diǎn)；或三邊形，3個(gè)節(jié)點(diǎn)磁標(biāo)量位、溫度INFIN1113-D六面體，8個(gè)或20個(gè)節(jié)點(diǎn)磁矢量位、磁標(biāo)量位、電勢(shì)、溫度SOLID96和SOLID97是磁場(chǎng)分析專用單元，SOLID62、SOLID5和SOLID98更適合于耦合場(chǎng)求解。5.2 磁標(biāo)量位（MSP）法介紹在磁標(biāo)量位方法中，可使用三種不同的分析方法：簡(jiǎn)化標(biāo)勢(shì)法(RSP)、差分標(biāo)勢(shì)法(DSP)和通用標(biāo)勢(shì)(GSP)法。·若模型中不包含鐵區(qū)，或有鐵區(qū)但無(wú)電流源時(shí)，用RSP法。若模型中既有鐵區(qū)又有電流源時(shí)，就不能用這種方法。·若不適用RSP法，就選擇DSP法或GSP法。DSP法適用于單連通鐵區(qū)，GSP法適用于多連通鐵區(qū)。

3、單連通區(qū)與多連通區(qū)單連通鐵區(qū)是指不能為電流源所產(chǎn)生的磁通量提供閉合回路的鐵區(qū)，而多連通鐵區(qū)則可以構(gòu)成閉合回路。參見(jiàn)圖1(a)、(b)“連通域”。數(shù)學(xué)上，通過(guò)安培定律來(lái)判斷單連通區(qū)或是多連通區(qū)，即磁場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合回路的積分等于包圍的電流（或是電動(dòng)勢(shì)降MMF）。因?yàn)殍F的磁導(dǎo)率非常大，所以在單連通區(qū)域中的MMF降接近于零，幾乎全部的MMF降都發(fā)生在空氣隙中。但在多連通區(qū)域中，無(wú)論鐵的磁導(dǎo)率如何，所有的MMF降都發(fā)生在鐵芯中。5.3 3-D靜態(tài)磁標(biāo)勢(shì)分析的步驟該分析類型與2D靜態(tài)分析的步驟基本一樣：1.建立物理環(huán)境2.建模、給模型區(qū)域賦屬性和分網(wǎng)格3.加邊界條件和載荷（激勵(lì)）4.用RSP、DSP或GSP

4、方法求解5.觀察結(jié)果創(chuàng)建物理環(huán)境首先設(shè)置分析參數(shù)為“Magnetic-Nodal”，并給出分析題目。然后用ANSYS前處理器定義物理環(huán)境包含的項(xiàng)目。即單元類型、KEYOPT選項(xiàng)、材料特性等。3D分析的大部分過(guò)程與2D分析一致，本章下面部分介紹3D分析中要特殊注意的事項(xiàng)。· SOLID96單元可為模型所有的內(nèi)部區(qū)域建模，包括：飽和區(qū)、永磁區(qū)和空氣區(qū)（自由空間）。對(duì)于電流傳導(dǎo)區(qū)，需用SOURC36單元來(lái)表示，關(guān)于電流傳導(dǎo)區(qū)建模，后面有詳細(xì)講述。·對(duì)于空氣單元的外層區(qū)域，推薦使用INFIN47單元（4節(jié)點(diǎn)邊界單元）或INFIN111單元（8節(jié)點(diǎn)或20節(jié)點(diǎn)邊界單元）。INFIN47

5、單元和INFIN111單元可很好地描述磁場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)衰減，通常比使用磁力線垂直或磁力線平行條件得到的結(jié)果更準(zhǔn)確。二種單元中，INFIN111更精確一些。·缺省單位制使用MKS單位制(米-千克-秒國(guó)際單位制)，可用下列方式改變成其他單位制。一旦選定，所有輸入數(shù)據(jù)都應(yīng)該使用該單位制。為了方便建模，可以先在其他單位制系統(tǒng)下面建模（如毫米或英寸），然后進(jìn)行縮放。用下列方式定義單位制：命令：EMUNITGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Electromag Units·根據(jù)用戶設(shè)定的單位制，自由空間的相對(duì)導(dǎo)磁率將自動(dòng)設(shè)

6、定：在MKS單位制中，或者根據(jù)用命令EMUNIT來(lái)設(shè)定一個(gè)值。 設(shè)置GUI菜單過(guò)濾如果你是通過(guò)GUI路徑來(lái)運(yùn)行ANSYS，當(dāng)ANSYS被激活后第一件要做的事情是選擇菜單路徑：Main Menu>Preferences，在對(duì)話框出現(xiàn)后，選擇Magnetic-Nodal。因?yàn)锳NSYS會(huì)根據(jù)你選擇的參數(shù)來(lái)對(duì)單元進(jìn)行過(guò)濾，選擇Magnetic-Nodal以確保能夠使用用于3D靜態(tài)磁場(chǎng)分析的單元。 定義材料屬性分析模型可有一種或多種材料區(qū)域：空氣、導(dǎo)磁材料、導(dǎo)電區(qū)和永磁體。每種類型的材料區(qū)具有所要求的材料性質(zhì)。ANSYS材料庫(kù)自身帶有幾種磁性材料，可以直接把這些材料性質(zhì)讀入數(shù)據(jù)庫(kù)，不用再手動(dòng)的逐

7、點(diǎn)輸入。如有必要，可對(duì)它們進(jìn)行修改，以便與所分析的課題相匹配。在ANSYS材料庫(kù)中定義的磁性材料如下：材料材料性質(zhì)文件Copper（銅）emag Copper. SI_MPLM3 steel（鋼）emag M3. SI_MPLM54 steel（鋼）emag M54. SI_MPLSA1010 steel（鋼）emag Sa1010. SI_MPLCarpenter steel（硅鋼）emag Silicon. SI_MPLIron Cobalt Vanadium steel（鐵鈷釩鋼）emag Vanad. SI_MPL該表中銅的材料性質(zhì)定義有與溫度有關(guān)的電阻率和相對(duì)導(dǎo)磁率，所有其他材料的性

8、質(zhì)均定義為BH曲線。對(duì)于列表中的材料，在ANSYS材料庫(kù)內(nèi)定義的都是典型性質(zhì)，而且已外推到整個(gè)高飽和區(qū)。你所需的實(shí)際材料值可能與ANSYS材料庫(kù)提供值有所不同，因此，必要時(shí)可修正所用ANSYS材料庫(kù)文件以滿足用戶所需。.1 訪問(wèn)材料庫(kù)文件：下面介紹讀寫(xiě)材料庫(kù)文件的基本過(guò)程。詳細(xì)參見(jiàn)ANSYS入門(mén)指南和ANSYS基本過(guò)程手冊(cè)。讀材料庫(kù)文件，進(jìn)行以下操作：1. 如果你還沒(méi)有定義好單位制，用/UNITS命令定義。注意：缺省單位制為MKS,GUI列表只列出當(dāng)前被激活單位制的材料庫(kù)文件。2. 定義材料庫(kù)文件所在的路徑。（你需要知道系統(tǒng)管理員放置材料庫(kù)文件的路徑）命令：/MPLIB,read,pathda

9、taGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path3. 將材料庫(kù)文件讀入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。命令：MPREAD,filename,LIBGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Import LibraryMain Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Other>Change MatProps>Material

10、 Library>Import Library寫(xiě)材料庫(kù)文件，進(jìn)行以下操作：1. 用MP命令或菜單Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic編輯材料性質(zhì)定義，然后將改后的材料特性寫(xiě)回到材料庫(kù)文件當(dāng)中去。2.在前處理器中執(zhí)行下列命令：命令：MPWRITE,filename,LIB,MATGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Export Library 定義材料屬性和實(shí)常數(shù)的一般原則下面講述關(guān)于設(shè)置物理模型區(qū)域的一般原則

11、。在“2-D諧波（AC）分析”一章中詳細(xì)描述了2-D模型中需要設(shè)定的一些特殊區(qū)域。.1 空氣：說(shuō)明相對(duì)磁導(dǎo)率為1.0。命令：MP,murxGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels > Electromagnetics > Relative Permeability >Constant.2 自由空間導(dǎo)磁材料區(qū)：說(shuō)明B-H曲線，可以從庫(kù)中讀出，也可以輸入自己定義的B-H曲線：命令：MPREAD,filename,GUI:Main Menu>Preprocessor>Materi

12、al Props>Material Library>Import Library命令：TB,TBPTGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve如果該材料是線性的，那么只需說(shuō)明相對(duì)磁導(dǎo)率（對(duì)于均勻或者各向異性介質(zhì)）。如果定義B-H曲線，應(yīng)滿足下列準(zhǔn)則，以保證準(zhǔn)確地模擬材料屬性：* 輸入B-H曲線必須要遵守的規(guī)則：1. B與H要一一對(duì)應(yīng)，且應(yīng)B隨H是單調(diào)遞增，如第2章中圖1所示。B-H曲線缺省通過(guò)原點(diǎn)，即0.0點(diǎn)不輸入。用下面的命令驗(yàn)

13、證B-H曲線：命令：TBPLOTGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve2. ANSYS計(jì)算的µ-H曲線應(yīng)該是光滑連續(xù)的，可用TBPLOT命令畫(huà)出µ-H曲線來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證（參見(jiàn)圖2（b）。B-H曲線應(yīng)覆蓋材料的全部工作范圍。如果需要超出B-H曲線的點(diǎn)，程序按固定斜率進(jìn)行外推處理，固定斜率應(yīng)等于或者略大于µr，你可以按照如下方式改變X-軸的范圍，并用TBPLOT命令畫(huà)圖來(lái)觀察其外推情況。命令：/XRANGEGUI:

14、 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs對(duì)于永磁體和非線性各向異性材料，材料特性的輸入與2D情況一樣。 建立模型ANSYS建模和分網(wǎng)指南對(duì)3-D標(biāo)標(biāo)量位方法進(jìn)行磁場(chǎng)分析的建模有詳細(xì)描述，但是對(duì)于電流源的處理有一些特殊考慮。.1 建立電流傳導(dǎo)區(qū)可以用基元模擬電流傳導(dǎo)區(qū)域，不需要材料性質(zhì)。在3D標(biāo)量位方法分析中，電流源不是有限元模型的一個(gè)組成的部分（在2D矢量位方法分析中是一個(gè)組成部分）。只需用一個(gè)有限元啞元單元，SOURC36，來(lái)指明電流源的形狀和位置。可以在模型中的任意位置定義線圈、桿狀、弧狀電流源，電流源的大小和其他電流源數(shù) 據(jù)可以通過(guò)啞元單

15、元的實(shí)常數(shù)定義給出。圖3為用SOURC36原始元表示的一個(gè)電流源。注意：即使采用半對(duì)稱或四分之一對(duì)稱模型，也要為整個(gè)電流源建模。線圈和弧單元的內(nèi)半徑不能設(shè)置成為0。因?yàn)镾OURC36單元并不是一個(gè)真正的有限元，只能通過(guò)直接生成來(lái)定義它們，而不能通過(guò)實(shí)體建模的方式。命令：NGUI:Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>In Active CSMain Menu>Preprocessor>Create>Nodes>On Working Plane命令：EGUI:Main menu>Preprocessor>

16、;Create>Elements>Thru Nodes命令：EGENGUI:Main Menu>Preprocessor>Copy>Auto Numbered直接生成的電流源單元在屏幕上是不顯示的，可通過(guò)以下命令顯示：命令：/ESHAPE, EPLOTGUI:Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and ShapeUtility Menu>Plot>Elements下面是一個(gè)定義電流源的命令流實(shí)例：/PREP7ET,2, 36! Current source elementEMUNIT,MKS! MKS

17、units! Define convenient parameters:I=0.025! Current (amps)N=300! TurnsS=0.04! Solenoid lengthR=0.01! Solenoid radiusTHK=0.002! Solenoid thickness!R=2,1,N*1,THK,S! Real constant set 2:coil type, current! thickness, length,CSYS,1! Global cylindrical systemN,1001,R! Nodes for the source elementN,1002,

18、R,90N,1003TYPE,2! AttributesREAL,2E,1001,1002,1003! Element definition/ESHAPE,1/VIEW,1,2,1,.5/VUP,1,Z/TRIAD, LBOT/TYPE,1,HIDPEPLOT關(guān)于下列命令的詳細(xì)描述，參見(jiàn)ANSYS命令手冊(cè)：ET, EMUNIT, R, CSYS, N, TYPE, REAL,E, /ESHAPE, /VIEW, /VUP, /TRIAD, 和/TYPE 創(chuàng)建3D“跑道型”線圈命令：RACEGUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>

19、Racetrack CoilMain Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation>Racetrack Coil用RACE宏在當(dāng)前工作平面坐標(biāo)系定義跑道型線圈電流源。ANSYS程序用SOURC36單元（被指定為另一種單元類型號(hào)）生成由棒狀、弧狀基元構(gòu)成的電流源。電流方向?yàn)楣ぷ髌矫鎯?nèi)的逆時(shí)針?lè)较?。關(guān)于RACE宏和跑道型線圈的詳細(xì)描述，參見(jiàn)第11章。刪除獨(dú)立的SOURC36單元，用EDELE命令（GUI: Main Menu>Delete>Elements）。在刪除前，列出所有單元，并選

20、擇要?jiǎng)h除的單元。用下列方式列出所有的單元：命令：ELISTGUI: Utility Menu>List>Elements>Attribute+RealConstGUI: Utility Menu>List>Elements>Attribute OnlyGUI: Utility Menu>List>Elements>Nodes+AttributesGUI: Utility Menu>List>Elements>Nodes+Attr+RealConst 施加邊界條件和載荷.1 3D標(biāo)量位靜態(tài)磁場(chǎng)分析加載如果希望分析過(guò)程中能進(jìn)行

21、每步手動(dòng)控制，那么除了施加邊界條件和載荷以外，還需要定義加載步選項(xiàng)。詳情參見(jiàn)16章。標(biāo)量位方法的加載方法與矢量位方法有很大的不同。下列為通過(guò)菜單路徑定義的邊界條件和加載。通過(guò)命令方式加載的詳情參見(jiàn)16章。通過(guò)層疊式菜單可以逐級(jí)訪問(wèn)所有加載選項(xiàng)。選菜單路徑Main Menu>Solution> -Magnetic-后，ANSYS程序列出一個(gè)邊界條件分類表，三個(gè)加載分類表。可用于3D標(biāo)量位分析的邊界條件和加載如下：-Boundary- -Excitation-Flag-Other-Scalar Poten-(none)1Comp. Force-Magnetic Flux-On Keyp

22、oints-Infinite Surf-On KeypointsOn NodesOn LinesOn NodesOn AreasOn Areas-Maxwell Surf-Flux Parallel On NodesOn Lines-Flux Normal-On AreasOn AreasOn NodesOn Nodes-Virtual Disp-On KeypointsOn Nodes1參見(jiàn)下面“激勵(lì)”例如，施加磁力線法向條件，選擇GUI路徑：Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Magnetic->-Boundary-> -

23、Flux-Normal->On Areas在菜單中還可以看到其他可以施加的邊界條件和加載，如果它們顯示為灰色，則說(shuō)明在3D靜態(tài)磁場(chǎng)分析中不可用，或者該單元的KEYOPT選項(xiàng)沒(méi)有進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。（在其他ASNSYS磁場(chǎng)分析中這些灰色選項(xiàng)會(huì)成為有效選項(xiàng)，在ANSYS程序GUI過(guò)濾器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。） 邊界條件.1 磁標(biāo)量位用磁標(biāo)量位(MAG)來(lái)說(shuō)明磁力線垂直、磁力線平行、遠(yuǎn)場(chǎng)為零、周期性邊界條件和外加磁場(chǎng)激勵(lì)。對(duì)每種邊界條件MAG的值列表如下：邊界條件MAG值磁力線垂直說(shuō)明MAG=0，用下列方式：命令：DSYM,symmGUI: Main Menu>Solution> -Loads-

24、Apply> -Magnetic-Boundary> -Scalar Poten-Flux Normal-On Nodes.磁力線平行不用說(shuō)明（自然滿足）。遠(yuǎn)場(chǎng)用INFIN47單元或INFIN111單元。遠(yuǎn)場(chǎng)零MAG=0。周期性命令：CP或CEGUI:Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Constraint EqnMain Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs外場(chǎng)令MAG等于非零值。激勵(lì)通過(guò)前面提到的SOURCE36號(hào)單元定義電流激勵(lì)，可用RACE定義。 標(biāo)記

25、.1 部件受力ANSYS程序提供一個(gè)自動(dòng)施加虛位移和Maxwell面標(biāo)志的宏FMAGBC，可以直接計(jì)算力和力矩。將需要進(jìn)行力和虛位移計(jì)算的物體上的單元定義成一個(gè)部件（參見(jiàn)CM命令的描述），再用該宏加力標(biāo)志：命令：FMAGBC, CnameGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Flag>Comp.Force.2 無(wú)限表面標(biāo)志（INF）不算真實(shí)意義的加載，是有限元方法計(jì)算開(kāi)域問(wèn)題時(shí)，加給無(wú)限元（代表物理模型最邊緣的單元）的標(biāo)志。 其他加載Maxwell面(MXWF)磁虛位移(MVDI)這兩個(gè)載荷

26、并不是真正意義上的載荷，與2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析完全一致。 求解分別介紹三種標(biāo)量方法的求解過(guò)程。 用RSP法求解.1 進(jìn)入SOLUTION求解器命令：/SOLUGUI: Main Menu>Solution.2定義分析類型命令：ANTYPE,static,newGUI: Main Menu>Solution>New Analysis如果是需要重啟動(dòng)一個(gè)分析（重啟動(dòng)一個(gè)未收斂的求解過(guò)程，或者施加了另外的激勵(lì)），使用命令A(yù)NTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的結(jié)果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB還可用，就可以重啟動(dòng)3-D靜

27、態(tài)磁場(chǎng)分析。.3 定義分析選項(xiàng)你可選擇下列任何一種求解器：·Sparse solver·Frontal solver (缺省值)·Jacobi Conjugate Gradient (JCG) solver·JCG out-of-memory solver·Incomplete Cholesky Conjugate Gradient (ICCG) solver·Preconditioned Conjugate Gradient solver (PCG) ·PCG out-of-memory solver用下列方式選擇求解器：

28、命令：/EQSLVGUI:Main Menu>Solution>Analysis Options對(duì)于3D模型，推薦使用JCG solver或PCG solver。.4備份用工具條中的SAVE_DB按鈕來(lái)備份數(shù)據(jù)庫(kù)，如果計(jì)算機(jī)出錯(cuò)，可以方便的恢復(fù)需要的模型數(shù)據(jù)?；謴?fù)模型時(shí)，用下面的命令：命令：RESUMEGUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db.5 開(kāi)始求解命令：MAGSOLV(設(shè)OPT域?yàn)?)GUI: Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analysis-

29、Opt&Solv關(guān)于手動(dòng)執(zhí)行求解，參見(jiàn)16章。.6 完成求解命令：FINISHGUI: Main Menu>Finish 用DSP法求解只有當(dāng)模型中有單連通鐵區(qū)時(shí)才建議使用DSP方法。DSP方法中的模型建立與結(jié)果觀察均與RSP方法一樣，只是加載和求解的方式不同。DSP方法需二步求解：·在第一個(gè)載荷步中，近似認(rèn)為鐵區(qū)中的磁導(dǎo)率無(wú)限大，只對(duì)空氣求解；·在第二個(gè)載荷步中，恢復(fù)原有的材料特性，得到最終解。按照下列步驟進(jìn)行求解：1.進(jìn)入SOLUTION 求解器，如同RSP方法一樣，定義分析類型，分析選項(xiàng)，施加載荷。2.備份數(shù)據(jù)命令：SAVEGUI: Utility Me

30、nu>File>Save as Jobname.db注意：如果在求解后或后處理時(shí)，使用BIOT選項(xiàng)并且使用SAVE命令，根據(jù)畢奧薩發(fā)特定律計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。但如果執(zhí)行了退出操作，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。若希望退出后，保存這些數(shù)據(jù)，則在使用SAVE命令后，執(zhí)行/EXIT,NOSAVE命令。也可以通過(guò)執(zhí)行/EXIT,SOLU命令退出ANSYS程序，并且存儲(chǔ)所有求解數(shù)據(jù)，包括畢奧薩發(fā)特計(jì)算。否則，在執(zhí)行RESUME操作后，畢奧薩發(fā)特計(jì)算的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。（結(jié)果中為0值）3.定義磁場(chǎng)分析選項(xiàng)，進(jìn)行兩步求解：命令：MAGSOLV(設(shè)OPT域?yàn)?)GUI:Main Menu>Solution&g

31、t;-Load Step Opts-Magnetics>-Static Analy-Opt and Solv4.完成求解命令：FINISHGUI: Main Menu>Finish 用GSP法求解如果模型中又有多連通鐵區(qū)又有電流源時(shí)，GSP方法是最佳方法。與RSP方法和DSP方法不同的是，GSP方法需三步求解：·在第一個(gè)載荷步中，只對(duì)鐵區(qū)求近似解；·在第二個(gè)載荷步中，只對(duì)空氣求近似解；·在第三個(gè)載荷步中，計(jì)算最終解。按照下列步驟進(jìn)行GSP方法求解：1.進(jìn)入SOLUTION 求解器，按照后面講述的“檢查分析結(jié)果(RSP, DSP, 或 GSP 方法分析)

32、”，定義分析類型，分析選項(xiàng)，施加載荷。確認(rèn)鐵區(qū)中至少一個(gè)節(jié)點(diǎn)的標(biāo)量位被定義為0值。2.備份數(shù)據(jù)命令：SAVEGUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db注意：如果在求解后或后處理時(shí)，使用BIOT選項(xiàng)并且使用SAVE命令，根據(jù)畢奧薩發(fā)特定律計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。但如果執(zhí)行了退出操作，數(shù)據(jù)會(huì)丟失。若希望退出后，保存這些數(shù)據(jù)，則在使用SAVE命令后，執(zhí)行/EXIT,NOSAVE命令。也可以通過(guò)執(zhí)行/EXIT,SOLU命令退出ANSYS程序，并且存儲(chǔ)所有求解數(shù)據(jù)，包括畢奧薩發(fā)特計(jì)算。否則，在執(zhí)行RESUME操作后，畢奧薩發(fā)特計(jì)算的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。（結(jié)果

33、中為0值）3.定義磁場(chǎng)分析選項(xiàng)，進(jìn)行三步求解：命令：MAGSOLV(設(shè)OPT域?yàn)?)GUI:Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Magnetics>-Static Analy-Opt and Solv4.完成求解命令：FINISHGUI: Main Menu>Finish 計(jì)算電感矩陣和磁鏈?zhǔn)褂肔MATRIX宏命令可以計(jì)算線圈系統(tǒng)的微分電感矩陣和每個(gè)線圈中的總磁鏈。參見(jiàn)ANSYS理論手冊(cè)命令：LMATRIXGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analy

34、sis-Induct Matrix計(jì)算計(jì)算多線圈系統(tǒng)的微分感應(yīng)矩陣和每個(gè)線圈中的總磁鏈需要多個(gè)處理步驟。首先應(yīng)對(duì)線圈單元指定部件名，定義名義電流，然后針對(duì)一工作點(diǎn)進(jìn)行名義求解，詳見(jiàn)第11章“磁宏”。 觀察結(jié)果(RSP, DSP, 或 GSP 方法分析)3-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析（標(biāo)量位方法）的計(jì)算結(jié)果包括：·主數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)磁標(biāo)勢(shì)（MAG）·導(dǎo)出數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)磁通量密度（BX,BY,BZ,BSUM）節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度（HX,HY,HZ,HSUM）節(jié)點(diǎn)磁力（FMAG: X,Y,Z分量和SUM）節(jié)點(diǎn)感生磁通量（FLUX）等等每種單元都有其他特定的輸出數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)ANSYS單元手冊(cè)。計(jì)算結(jié)果可在通用后處

35、理器中觀看：命令：/POST1GUI: Main Menu>General Postproc.1 讀入數(shù)據(jù)若希望在POST1后處理器中查看結(jié)果，進(jìn)行求解后的模型數(shù)據(jù)庫(kù)必須存在。同時(shí)，結(jié)果文件Jobname.RMG也應(yīng)該存在。方式如下：命令：SETGUI:Utility Menu>List>Results>Load Step Summary如果模型不在數(shù)據(jù)庫(kù)中，需用RESUME命令后再用SET命令或其等效路徑讀入需要的數(shù)據(jù)集。命令：RESUMEGUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db.2 磁力線用標(biāo)量位方法計(jì)算靜態(tài)電磁場(chǎng)很

36、難得到磁力線分布，用磁通密度矢量方式顯示。.3 矢量顯示矢量顯示(不要與矢量模式混淆)可以方便地觀看一些矢量（如B, H和FMAG）的大小和方向。命令：PLVECTGUI:Main Menu>General Postproc>Plot Results>User-DefinedMain Menu>General Postproc>Plot Results>PredefinedUtility Menu>Plot>Results>Vector Plot對(duì)于矢量列表顯示，使用下列方式：命令：PRVECTGUI:Main Menu>Genera

37、l Postproc>List Results>Vector DataUtility Menu>List>Results>Vector Data.4 等值線顯示等值線幾乎可以顯示任何結(jié)果數(shù)據(jù)（如磁通密度，磁場(chǎng)強(qiáng)度，總電流密度（JTZ）。命令：PLNSOLPLESOLGUI:Utility Menu>Plot>Results>Contour Plot>Elem SolutionUtility Menu>Plot>Results>Contour Plot>Nodal Solution注意：導(dǎo)出數(shù)據(jù)（如磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度）

38、的等值線顯示是在節(jié)點(diǎn)上作平均后的數(shù)據(jù)。在PowerGraphics模式（缺省值）下，可以觀察考慮了材料不連續(xù)的任何位置的節(jié)點(diǎn)平均值.5 帶電粒子示蹤在ANSYS基本過(guò)程指南的“通用后處理器POST1”和“建立幾何顯示結(jié)果”中還詳細(xì)介紹了怎樣以圖形的方式顯示帶電粒子在磁場(chǎng)中的軌跡。.6 列表顯示將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)結(jié)果列表顯示：命令：PRESOL,PRNSOL,PRRSOLGUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Element SolutionMain Menu>General Postproc>List Results

39、>Nodal SolutionMain Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu列表顯示的數(shù)據(jù)可以是未排序的，也可用下列命令分別按節(jié)點(diǎn)或單元排序：命令：ESORT,NSORTGUI:Main Menu>General Postproc>List Results>Sort ElemMain Menu>General Postproc>List Results>Sort Nodes.7 電磁力如計(jì)算前給模型加了前面所述的計(jì)算力的邊界條件，則可用FMAGSUM命令將作用到部件上的Max

40、well力和虛功力求和：命令：FMAGSUMGUI: Main Menu>General Postproc>Elec&Mag Calc>-2D and 3D-Comp.Force· Maxwell力是對(duì)所有曾加過(guò)MXWF面標(biāo)志的單元計(jì)算的磁力，先選擇這樣的單元，再用下列命令可看詳細(xì)的Maxwell力數(shù)據(jù)：命令：FRNSOL,fmagGUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution只有對(duì)這些力求和才能得到合力，這需要先用ETABLE命令將Maxwell力數(shù)據(jù)讀入到單元表中，

41、然后再用SSUM命令求和：命令：ETABLEGUI: Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table命令：SSUMGUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item·虛功力是對(duì)其周圍的空氣元加了MVDI標(biāo)志的物體計(jì)算的磁力，可通過(guò)單元的NMISC記錄號(hào)獲得有關(guān)虛功力的詳細(xì)信息：命令：PRETABGUI: Main Menu>General Postproc>Element Table>List Ele

42、m Table.8 其他感興趣項(xiàng)的計(jì)算在后處理中，從數(shù)據(jù)庫(kù)獲得的數(shù)據(jù)，你能計(jì)算許多其他感興趣的項(xiàng)目。ANSYS提供下面的宏命令自動(dòng)地執(zhí)行計(jì)算：·EMAGERR宏在電磁或靜電場(chǎng)分析中計(jì)算相對(duì)誤差·SENERGY宏計(jì)算存儲(chǔ)磁能·MMF宏沿一路徑計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)關(guān)于這些宏請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)本手冊(cè)第11章或ANSYS命令手冊(cè)。5.4 算例-3D靜態(tài)磁分析例題 問(wèn)題描述本例計(jì)算螺線管（如圖4所示）銜鐵所受磁力和線圈電感，線圈為直流激勵(lì)，產(chǎn)生力驅(qū)動(dòng)銜鐵。線圈電流為安，500匝。由于對(duì)稱性，只分析第一象限的1/4模型。.1 材料性質(zhì)空氣相對(duì)磁導(dǎo)系數(shù)為1.0磁極和銜鐵曲線數(shù)據(jù)如下（工作范圍0.7）

43、：B(T)H(A/m)B(T)H(A/m)0.703551.7576500.804051.80101000.904701.85130001.005551.90159001.106731.95211001.208362.00263001.3010652.05329001.3512202.10427001.4014202.15617001.4517202.20843001.5021302.251100001.5526702.301350001.6034802.412000001.6545002.694000001.7059503.22800000 .2 方法與假定本分析使用智能網(wǎng)格劃分（

44、LVL=8），實(shí)際工程應(yīng)用中采用更細(xì)網(wǎng)格（LVL=6）。設(shè)定全部面為通量平行，這是自然邊界條件，自動(dòng)得到滿足。為避免出現(xiàn)病態(tài)矩陣，要把其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)施加約束，即Mag=0。.3 希望的計(jì)算結(jié)果虛功力(z方向) = -11.928 NMaxwell力(z方向) = -11.214 N電感= 0.012113 h計(jì)算結(jié)果要乘以4，因?yàn)槭遣捎玫?/4對(duì)稱模型。X,Y方向的力不作計(jì)算。關(guān)于本例題的詳細(xì)描述，參見(jiàn)Gyimesi, M. and Ostergaard, D., "Non-Conforming HexahedralEdge Elements for Magnetic Analysis

45、," IEEE Transactionson Magnetics, Vol. 34, No. 5 (1998). GUI實(shí)現(xiàn)步驟 1: 開(kāi)始分析1.激活A(yù)NSYS程序.2.選擇Run Interactive Now.3.當(dāng)GUI界面出現(xiàn)后，選擇Utility Menu> File>Change Title. 4.輸入標(biāo)題“3-D Static Force Problem - Tetrahedral”5.點(diǎn)擊OK.6.選擇Main Menu>Preferences. GUI參數(shù)選擇對(duì)話框出現(xiàn)。選擇Electromagnetic: Magnetic-Nodal. 點(diǎn)擊O

46、K.步驟2: 定義分析參數(shù)1.選菜單路徑Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters.2.輸入下列參數(shù)值.(輸入完畢敲擊ENTER)n = 500 (線圈匝數(shù))i = 6 (每匝電流)3.點(diǎn)擊Close步驟 3: 定義單元類型1.選擇Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete. 2.點(diǎn)擊Add. 3.在滾動(dòng)欄, 點(diǎn)擊Magnetic Scalar和Scalar Brick 96 (SOLID96).4.點(diǎn)擊OK.5.點(diǎn)擊Close步驟 4: 定義空氣和鋼的材料屬性1.

47、選擇Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.2.在材料窗口,依次雙擊以下選項(xiàng): Electromagnetics, Relative Permeability, Constant. 3.MURX (Relative permeability)輸入 1,點(diǎn)擊OK.在定義材料的窗口的左邊區(qū)域顯示的材料號(hào)為1.4.選擇Material>New Model. 點(diǎn)擊OK以定義2號(hào)材料. 在定義材料的窗口的左邊區(qū)域顯示的材料號(hào)為2.5.在定義材料的窗口雙擊B-H curve.6.輸入鋼的H和B值, 若要增加更多的值

48、，移動(dòng)光標(biāo)到最低行，然后點(diǎn)擊Add Point . 點(diǎn)擊OK.7.選擇 menu path Edit>Copy. 選擇 2作為源材料號(hào)，輸入3 作為目標(biāo)材料號(hào)，點(diǎn)擊OK. 在定義材料的窗口的左邊區(qū)域顯示材料號(hào)為3.8.選擇菜單路徑Material>Exit9.點(diǎn)擊ANSYS Toolbar的SAVE_DB.步驟 5: 建立電極模型1.選擇Utility Menu>PlotCtrls>Numbering.2.點(diǎn)擊Volume.3.點(diǎn)擊OK.4.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Bloc

49、k>By Dimensions.5.在"X coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 63.5;在"Y coordinates"區(qū)域, 輸入 0 和 25/2; 在"Z coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 25.6.點(diǎn)擊OK.7.選擇Utility Menu>PlotCtrls>Pan, Zoom, Rotate.8.點(diǎn)擊Iso鍵, 再點(diǎn)擊Close.9.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By

50、Dimensions. 10.在 "X coordinates" 區(qū)域, 輸入 38.5 和 63.5; 在 "Y coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 25/2; 和在 "Z coordinates" 區(qū)域, 輸入 25 和 125.11.點(diǎn)擊 OK. 12.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By Dimensions. 13.在 "X coordinates" 區(qū)域, 輸入 13.5 和 63.5

51、; 在 "Y coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 25/2; 在 "Z coordinates" 區(qū)域, 輸入 125 和 150.14.點(diǎn)擊OK.15.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Glue>Volumes. 16.點(diǎn)擊Pick All.步驟 6:建立銜鐵、空氣的幾何模型并壓縮編號(hào)1.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By Dimens

52、ions.2.在 "X coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 12.5; 在 "Y coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 5;在 "Z coordinates" 區(qū)域, 輸入 26.5 和 125.3.點(diǎn)擊 OK. ANSYS 圖形輸出窗口顯示電極體和銜鐵體(volume 1).4.選擇Utility Menu>Plot>Volumes.5.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By Dimension

53、s. 6.在 "X coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 13; 在 "Y coordinates" 區(qū)域, 輸入 0 和 5.5; and 在 "Z coordinates" 區(qū)域, 輸入 26 和 125.5.7.點(diǎn)擊 OK. ANSYS 圖形輸出窗口顯示電極、銜鐵及周圍空氣組成的實(shí)體.8.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Overlap>Volumes. 9.點(diǎn)取 (或在input窗口輸入)體 1 和 2.10.點(diǎn)擊OK.

54、11.選擇Utility Menu>Plot>Volumes.12.選擇Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers.13.在"Item to be compressed (Label)"區(qū)域設(shè)置為Volumes.14.點(diǎn)擊 OK.15.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Cylinder>Partial Cylinder.16.設(shè)置下列值. 完成后點(diǎn)擊OK"Rad-1"

55、; 域：0"Theta-1"域：0"Rad-2"域：100"Theta-2"域：90"Rad-1" 域：017.選擇Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Overlap>Volumes. 18.點(diǎn)擊 Pick All.19.選擇Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers. 20.確認(rèn)"Item to be compressed (L

56、abel)" 區(qū)域設(shè)置為Volumes.21.點(diǎn)擊 OK.22.點(diǎn)擊ANSYS Toolbar中的SAVE_DB.步驟 7: 設(shè)置幾何體的屬性1.選擇Utility Menu>PlotCtrls>Pan, Zoom, Rotate.2.旋轉(zhuǎn)模型，以便于拾取電極和銜鐵3.關(guān)閉Pan-Zoom-Rotate對(duì)話框.4.選擇Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Volumes.5.點(diǎn)擊(或者在input窗口中輸入)銜鐵(volume 1).6.點(diǎn)擊OK.7.改變"Material Numbe

57、r (MAT)"區(qū)域設(shè)置為 3.8.點(diǎn)擊OK.9.選擇Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Volumes. 10.點(diǎn)擊(或者在input窗口中輸入)電極實(shí)體(volumes 3, 4, 和 5).11.點(diǎn)擊OK. 12.改變"Material Number (MAT)"區(qū)域設(shè)置為213.點(diǎn)擊OK.步驟 8: 劃分模型1.選擇Utility Menu>Select>Everything.2.選擇Main Menu>Preprocessor>MeshTool. 彈出

58、MeshTool菜單3.點(diǎn)擊SmartSizing.設(shè)置 SmartSizing滑動(dòng)條為8.(對(duì)于實(shí)際工程問(wèn)題，選更精細(xì)的等級(jí)，比如為 6.)4.確認(rèn)在MeshTool中設(shè)置為Volumes, Tet, 和Free.5.點(diǎn)擊 MESH.6.點(diǎn)擊 Pick All. 窗口中顯示劃分后的網(wǎng)格.如果在這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)提示詢問(wèn)要不要繼續(xù)進(jìn)行，則點(diǎn)擊 Yes.關(guān)閉出現(xiàn)的警告信息。點(diǎn)擊 Close 關(guān)閉MeshTool.7.選擇Utility Menu>PlotCtrls>Numbering. 對(duì)"Elem/Attrib numbering," 選擇材料號(hào). 對(duì)"N

59、umbering shown with," 選擇Colors only. 點(diǎn)擊 OK.8.選擇Utility Menu>Plot>Elements.步驟 9: 把銜鐵（Armature）定義為一個(gè)部件（Component）并施加力標(biāo)志1.選擇Utility Menu>Select>Entities. 2.設(shè)置頂上的空格中為Elements，第二個(gè)空格為By Attributes, 確認(rèn)是按材料號(hào)選擇。設(shè)置"Min,Max,Inc"區(qū)域?yàn)?.3.點(diǎn)擊 OK.4.選擇Utility Menu>Select>Comp/Assembly

60、>Create Component. 5.在 "Component name" 區(qū)域輸入“arm”并設(shè)置"Component is made of" 區(qū)域?yàn)椤癊lements”.6.點(diǎn)擊OK.7.選擇Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply> -Magnetic-Flag>Comp. Force/Torque. 8.在"Component name"區(qū)域中選擇“arm”.9.點(diǎn)擊OK. 出現(xiàn)一個(gè)消息框，提示為“force boundary conditions have been applied”.10.讀完提示后，點(diǎn)擊Close.11.點(diǎn)擊ANSYS Toolbar 中的SAVE_DB.步驟 10: 轉(zhuǎn)換模型單位制為米1.選擇Utility Menu>Select>Everything.2.選擇Main Menu>Pr