ansys電磁分析第二章3

1、12-D靜磁學(xué)靜磁學(xué)2.3-2求解模型的單位制求解模型的單位制 : SI力力 (牛頓）牛頓） 能量能量(焦耳焦耳 ）功率（瓦）功率（瓦）長(zhǎng)度（米）長(zhǎng)度（米）時(shí)間（秒）時(shí)間（秒）質(zhì)量（公斤）質(zhì)量（公斤）磁通密度磁通密度B（特斯拉）（特斯拉）磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H（安培（安培/米）米）電流（安培）電流（安培）電阻率電阻率 （歐姆（歐姆-米）米）電壓電壓V（伏）（伏）電感電感L（亨）（亨）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率r (亨亨/米）米）電容（法拉）電容（法拉）2.3-3基本關(guān)系式基本關(guān)系式: B= H, 其中其中 = r 0 可為單一值（線性）可為單一值（線性） 各相同性或正交各向異性各相同性或正交各向異性 Prepr

2、ocmaterial propsisotropic平面屬性要求賦予平面屬性要求賦予材料質(zhì)性號(hào)材料質(zhì)性號(hào)r 相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)磁導(dǎo)率2.3-4 可為非線性，以模擬飽和狀態(tài)可為非線性，以模擬飽和狀態(tài) BH曲線數(shù)據(jù)能從曲線數(shù)據(jù)能從ANSYS55材料庫(kù)中獲得材料庫(kù)中獲得 缺省的缺省的BH材料庫(kù)在材料庫(kù)在ansys55 目錄下的目錄下的matlib子目錄中子目錄中 :Preproc.material propsmaterial librarylibrary path 通過(guò)指定路徑可在其它位置得到材料數(shù)據(jù)通過(guò)指定路徑可在其它位置得到材料數(shù)據(jù)2.3-5 BH 數(shù)據(jù)可用如下方式輸入數(shù)據(jù)可用如下方式輸入Prepro

3、cmaterial propsmaterial libraryimport library 選擇材料選擇材料選擇材料屬性選擇材料屬性 選擇選擇 OK2.3-6BH 數(shù)據(jù)生成圖形和列表顯示數(shù)據(jù)生成圖形和列表顯示表示在列表示在列表顯示中表顯示中的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)號(hào)材料號(hào)材料號(hào)2.3-7 數(shù)據(jù)也可列成表格數(shù)據(jù)也可列成表格. 這種表格也能人工制成這種表格也能人工制成Utilitylistpropertiesdata tables 選擇選擇OK2.3-8數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)據(jù)點(diǎn)(0,0) 不要輸入不要輸入定義曲線彎曲處的數(shù)據(jù)點(diǎn)要密（見(jiàn)定義曲線彎曲處的數(shù)據(jù)點(diǎn)要密（見(jiàn)M54的數(shù)據(jù)點(diǎn)）的數(shù)據(jù)點(diǎn)）BH曲線要避免生成曲線要避

4、免生成S形形通常通常M鋼定義鋼定義BH數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)到8,000 A/m 數(shù)據(jù)需要外推數(shù)據(jù)需要外推 這些曲線的這些曲線的值通常需要附加大量的數(shù)據(jù)以使得值通常需要附加大量的數(shù)據(jù)以使得值由大逐漸變到最終值由大逐漸變到最終斜率斜率 最終斜率為空氣值最終斜率為空氣值(0)2.3-9應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例: 400系列不銹鋼輸入如下數(shù)據(jù)系列不銹鋼輸入如下數(shù)據(jù) H(A/m) B(T) 790. 0.77 1575. 1.10 2365. 1.30 7875. 1.50 15750. 1.56 31500. 1.63 47245. 1.66 78740. 1.70 2.3-10 首先定義數(shù)據(jù)表，然后把首先定義數(shù)據(jù)表，

5、然后把BH數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表中Preproc material propsdata tablesdefine/activate平面屬性要求賦予材料號(hào)平面屬性要求賦予材料號(hào) 選擇選擇OK2.3-11 利用編輯激活表格輸入利用編輯激活表格輸入BH數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) Preproc material propsdata tablesedit active 輸入數(shù)據(jù)后，用鼠標(biāo)點(diǎn)取輸入數(shù)據(jù)后，用鼠標(biāo)點(diǎn)取 FileApply/Quit 圖示圖示: Preprocmaterial propsdata tablesgraph 列表列表: Preprocmaterial propsdata tableslis

6、t2.3-12 實(shí)際求解需要用到實(shí)際求解需要用到 d/ dB2 為避免粗劣的為避免粗劣的v=Yu 條件曲線，條件曲線， - B2 應(yīng)該是應(yīng)該是單調(diào)的。單調(diào)的。Utilityplotdata tablesgraph NU vs. B*22.3-13把該曲線數(shù)據(jù)放置在庫(kù)內(nèi)把該曲線數(shù)據(jù)放置在庫(kù)內(nèi) ，以備將來(lái)使用。，以備將來(lái)使用。Preproc.material propsmaterial libraryexport material選擇文件名選擇文件名選取生成的選取生成的BH 數(shù)據(jù)的材料屬性數(shù)據(jù)的材料屬性2.3-14 課題描述課題描述 軸對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng) 線圈為直流供電線圈為直流供電 銜鐵居中但懸空在定子

7、上方銜鐵居中但懸空在定子上方。 分析順序分析順序 用用axis2d宏建模宏建模 完成建模后，加邊條件完成建模后，加邊條件 求解求解 后處理后處理力力磁動(dòng)勢(shì)磁動(dòng)勢(shì)誤差范數(shù)誤差范數(shù)電流電流磁力線磁力線路徑圖示路徑圖示能量能量電感電感“氣隙氣隙” (mm) “線圈線圈”部件部件 “銜鐵銜鐵”部件部件材料材料號(hào)號(hào)5 (同銜鐵同銜鐵)2.3-15勵(lì)磁勵(lì)磁 直流施加到線圈直流施加到線圈: 3 安培安培性質(zhì)性質(zhì)銜鐵銜鐵/定子定子: 上述上述BH 曲線曲線線圈線圈: 300 匝匝, 26線徑，線徑，r = 1空氣空氣: r = 1 單位單位: 毫米毫米(mm)2.3-16對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，通常指定電壓，線圈電流

8、是算出來(lái)的對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，通常指定電壓，線圈電流是算出來(lái)的. 26線規(guī)直徑線規(guī)直徑 (Dw )= 0 .404 mm (在在20攝氏度下攝氏度下) 銅電阻率銅電阻率 () = 17.14 E-9 - m（在在20攝氏度下攝氏度下） 匝數(shù)匝數(shù) (N) = 300 線圈中徑為線圈中徑為8 mm (Rmid) 均勻填充圓線圈的電阻為：均勻填充圓線圈的電阻為： R = 16000 N Rmid / Dw2 R = 4.03對(duì)于靜態(tài)分析，對(duì)于靜態(tài)分析，12 V 電壓相應(yīng)的電流為電壓相應(yīng)的電流為2.98安，本分析采用安，本分析采用3安。安。2.3-17參數(shù)化建模需要：參數(shù)化建模需要： 參數(shù)參數(shù)GAP必須定

9、義必須定義 在命令行輸入在命令行輸入 gap=.5 并回車(chē)并回車(chē) 點(diǎn)取點(diǎn)取OK選擇分網(wǎng)密度選擇分網(wǎng)密度Preprocsize cntrlbasic2.3-18axis2s宏生成模型宏生成模型 銜鐵單元部件銜鐵單元部件ARMATURE 線圈面積參數(shù)線圈面積參數(shù)ACOND 線圈單元部件線圈單元部件 COIL 在在ANSYS命令窗口輸入命令窗口輸入axis2s并回車(chē)，以建立模型并回車(chē)，以建立模型2.3-19 材料號(hào)材料號(hào) 1為空氣為空氣 完善邊界條件完善邊界條件 通量平行邊界條件通量平行邊界條件Preprocloadsapplyboundary-flux par l-lines 選擇模型邊界上的所有

10、線選擇模型邊界上的所有線 2.3-20如下方式定義材料號(hào)如下方式定義材料號(hào) 1（自由空間磁導(dǎo)率）（自由空間磁導(dǎo)率） Preprocmaterial propsisotropic 選擇選擇OK 選擇選擇OK2.3-21給線圈平面加載線圈電流給線圈平面加載線圈電流 Preprocloadsapply excitation-current density-areas選擇線圈平面選擇線圈平面 選擇選擇 OK2.3-22給銜鐵加力邊界條件標(biāo)志給銜鐵加力邊界條件標(biāo)志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force 選擇選擇 OK 用不同的方法計(jì)算力，故加載兩種

11、標(biāo)志用不同的方法計(jì)算力，故加載兩種標(biāo)志 Maxwell 應(yīng)力張量應(yīng)力張量 虛功虛功 選擇選擇 ARMATURE2.3-23 選擇所有幾何和有限元實(shí)體選擇所有幾何和有限元實(shí)體 進(jìn)行模擬進(jìn)行模擬 Solutionelectromagneticopt&solve 選擇選擇 OK（采用缺省設(shè)置進(jìn)行求解）采用缺省設(shè)置進(jìn)行求解） 請(qǐng)確認(rèn)請(qǐng)確認(rèn)2.3-24 磁力線磁力線Postprocplot results2D flux lines 注意漏磁位置注意漏磁位置 線圈區(qū)線圈區(qū) 定子上角定子上角 定子與銜鐵交界位置定子與銜鐵交界位置2.3-25計(jì)算力計(jì)算力Postprocelec&mag calccomp.fo

12、rce 軸對(duì)稱(chēng)模型只產(chǎn)生垂直方向力軸對(duì)稱(chēng)模型只產(chǎn)生垂直方向力 定義單元表項(xiàng)定義單元表項(xiàng) FVW_Y 虛功虛功Y方向力方向力 FMX_Y Maxwell應(yīng)力應(yīng)力Y方向力方向力 環(huán)狀模型力總和環(huán)狀模型力總和 選擇選擇 OK2.3-26用與銜鐵鄰接的空氣單元來(lái)計(jì)算銜鐵力，并顯示用與銜鐵鄰接的空氣單元來(lái)計(jì)算銜鐵力，并顯示首先選擇空氣單元首先選擇空氣單元1) 首先選擇空氣單元首先選擇空氣單元- 材料屬性為材料屬性為1 選擇選擇 Apply2) 用用 Num/Pick從中選取鄰從中選取鄰近銜鐵面空氣單元近銜鐵面空氣單元用框選取用框選取2.3-27虛功方法計(jì)算垂直力并用等值圖顯示虛功方法計(jì)算垂直力并用等值圖

13、顯示 Postprocplot resultselem table在氣隙中選取在氣隙中選取空氣單元空氣單元 選擇選擇OK2.3-28 用路徑圖示選項(xiàng)用路徑圖示選項(xiàng)(PATH) 能獲得沿銜鐵面的力的分布圖能獲得沿銜鐵面的力的分布圖 必須定義路徑必須定義路徑 Postprocpath operationsdefine pathby nodes點(diǎn)取節(jié)點(diǎn)點(diǎn)取節(jié)點(diǎn) 2給一個(gè)任意的名字給一個(gè)任意的名字增加沿路徑的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的數(shù)量增加沿路徑的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的數(shù)量點(diǎn)取節(jié)點(diǎn)點(diǎn)取節(jié)點(diǎn) 1 選擇選擇 OK2.3-29 路徑定義信息如下路徑定義信息如下 路徑內(nèi)的結(jié)果插值是在總體坐標(biāo)系下（與柱坐標(biāo)系或其它局部坐標(biāo)路徑內(nèi)的結(jié)

14、果插值是在總體坐標(biāo)系下（與柱坐標(biāo)系或其它局部坐標(biāo)系相比）系相比） 路徑由直線組成路徑由直線組成2.3-30 單元表項(xiàng)單元表項(xiàng)FVW_Y 中的力必須插值到路徑上中的力必須插值到路徑上 Postprocpath operationsmap onto path 任意名任意名 選擇選擇 ETAB.FVW-Y 選擇選擇OK2.3-31將將FVW_Y沿路徑顯示沿路徑顯示 Postprocpath operations -plot path items- on geometry路徑圖示迭加在幾何體上路徑圖示迭加在幾何體上已定義已定義將路徑顯示圖縮放到一將路徑顯示圖縮放到一個(gè)較好的程度個(gè)較好的程度 選擇選擇

15、OK2.3-32節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)2.3-33離路徑節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)離路徑節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)1的距離的距離 路徑上的力路徑上的力(F_Y) 也能打印輸出也能打印輸出 Postprocpath operationslist path items 選擇選擇OK2.3-34線圈線圈Lorentz力（力（J x B） 選擇線圈區(qū)域并定義為一個(gè)部件。選擇線圈區(qū)域并定義為一個(gè)部件。 Utilityselectcomp/assemblyselect comp/assembly 選擇線圈選擇線圈 為為L(zhǎng)orentz 力定義單元表力定義單元表 Postproelement tabledefine table選擇選擇 2.3-35任意名任意

16、名作用于整個(gè)圓環(huán)上的作用于整個(gè)圓環(huán)上的 X 方向的方向的Lorentz 力力 選擇選擇 OK 選擇選擇 Add2.3-36 線圈線圈X方向方向 Lorentz 力的等值圖力的等值圖 Postprocelement tableplot elem table 選擇選擇 OK2.3-37 作用在線圈單元上的總力作用在線圈單元上的總力Postproelement tablesum of each item 該操作作用于全部激活單元上該操作作用于全部激活單元上 相當(dāng)于相當(dāng)于360圓周上圓周上的受力的受力 力單位為牛頓力單位為牛頓: N2.3-38根據(jù)節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)值差異估計(jì)誤差，且作為單元表數(shù)據(jù)貯存根據(jù)節(jié)點(diǎn)磁

17、場(chǎng)值差異估計(jì)誤差，且作為單元表數(shù)據(jù)貯存Postpromag&elec calc error eval B_ERR 單位單位 (T) H_ERR 單位單位 (Amps/m) BN_ERR 和和HN_ERR 由最大值歸一化由最大值歸一化2.3-39 BN_ERR 能用磁力線圖進(jìn)行等值顯示能用磁力線圖進(jìn)行等值顯示 圖示圖示 BN_ERR單元表項(xiàng)單元表項(xiàng) Postproelement tableplot elem table 選擇選擇 OK 激活激活NOERASE 選擇選擇 Utilityplot cntrlserase options2.3-40 圖示磁力線圖示磁力線Postproplot resu

18、lts2D flux lines 選擇選擇OK2.3-41 線性和非線性材料的共能計(jì)算線性和非線性材料的共能計(jì)算 Postproelec&mag calccoenergy 選擇選擇OK2.3-42也能計(jì)算貯能也能計(jì)算貯能Postprocelec&mag calcenergy注：鐵的共能大約是貯能的注：鐵的共能大約是貯能的8倍，表示鐵的飽和效應(yīng)所致倍，表示鐵的飽和效應(yīng)所致2.3-43鐵單元的磁導(dǎo)率能用等值圖顯示鐵單元的磁導(dǎo)率能用等值圖顯示Postproelement table 選擇選擇ADDplane53單元在線幫單元在線幫助助 選擇選擇 OK 這是絕對(duì)磁導(dǎo)率這是絕對(duì)磁導(dǎo)率2.3-44 為了獲

19、得相對(duì)磁導(dǎo)率，單元表應(yīng)乘以為了獲得相對(duì)磁導(dǎo)率，單元表應(yīng)乘以MUZ系數(shù)系數(shù)將自由空間磁導(dǎo)率賦予參數(shù)將自由空間磁導(dǎo)率賦予參數(shù): MUZ=12.57x10-7Postproelement tableadd items用已有名字用已有名字自由空間磁導(dǎo)率參數(shù)自由空間磁導(dǎo)率參數(shù)不需要第二個(gè)不需要第二個(gè)單元表項(xiàng)單元表項(xiàng) 選擇選擇OK2.3-45 用等值圖顯示相對(duì)磁導(dǎo)率用等值圖顯示相對(duì)磁導(dǎo)率MUR Postproelement tableplot elem table注意飽和區(qū)注意飽和區(qū) 選擇選擇t OK2.3-46 沿閉合線計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)沿閉合線計(jì)算磁動(dòng)勢(shì) MMF 確保整個(gè)模型都被激活確保整個(gè)模型都被激活 必須

20、定義圍繞線圈的路徑必須定義圍繞線圈的路徑 Postproelec&mag calcdefine pathby nodes選取如圖所示的選取如圖所示的7個(gè)節(jié)點(diǎn)，個(gè)節(jié)點(diǎn)，可從任一節(jié)點(diǎn)開(kāi)始可從任一節(jié)點(diǎn)開(kāi)始路徑的最終節(jié)點(diǎn)應(yīng)與起路徑的最終節(jié)點(diǎn)應(yīng)與起始節(jié)點(diǎn)是同一個(gè)始節(jié)點(diǎn)是同一個(gè)跨越空氣隙時(shí)，氣隙兩邊的跨越空氣隙時(shí)，氣隙兩邊的鐵邊界上各選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)鐵邊界上各選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)2.3-47 完成路徑定義完成路徑定義由于鐵與空氣的界由于鐵與空氣的界面處面處H值不連續(xù)，故值不連續(xù)，故應(yīng)增加采樣點(diǎn)的數(shù)應(yīng)增加采樣點(diǎn)的數(shù)目目 選擇選擇OK2.3-48繞閉合回線計(jì)算繞閉合回線計(jì)算MMF Postproelec&mag calcMMF 選擇選擇 OK MMF正負(fù)號(hào)由右手定則決定，路徑的反時(shí)針?lè)较蚺c線圈電流的方向相反（正負(fù)號(hào)由右手定則決定，路徑的反時(shí)針?lè)较蚺c線圈電流的方向相反（對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)模型，正電流方向?yàn)檫M(jìn)行平面方向）對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)模型，正電流方向?yàn)檫M(jìn)行平面方向）2.3-49 為了確定鐵芯飽和程度，沿定子的中間部分定義一個(gè)路徑并計(jì)算為了確定鐵芯飽和程度，沿定子的中間