ANSYS低頻磁場第二章-3

第二章

第

3節(jié)2-D靜磁學1求解模型的單位制:SI分析中使用的單位制為國際單位制:SI力(牛頓）

能量(焦耳）功率（瓦）長度（米）時間（秒）質(zhì)量（公斤）磁通密度B（特斯拉）磁場強度H（安培/米）電流（安培）電阻率ρ（歐姆-米）電壓V（伏）電感L（亨）磁導率μr(亨/米）電容（法拉）2基本關(guān)系式:B=μH,其中μ=μrμ0μ可為單一值（線性）各相同性或正交各向異性

Preproc>materialprops>isotropic平面屬性要求賦予材料質(zhì)性號μr

相對磁導率3μ可為非線性，以模擬飽和狀態(tài)BH曲線數(shù)據(jù)能從ANSYS55材料庫中獲得 缺省的BH材料庫在ansys55

目錄下的matlib子目錄中:

Preproc.>materialprops>materiallibrary>librarypath通過指定路徑可在其它位置得到材料數(shù)據(jù)4BH數(shù)據(jù)可用如下方式輸入

Preproc>materialprops>materiallibrary>importlibrary選擇材料選擇材料屬性選擇OK5BH數(shù)據(jù)生成圖形和列表顯示表示在列表顯示中的數(shù)據(jù)點號材料號6數(shù)據(jù)也可列成表格.這種表格也能人工制成

Utility>list>properties>datatables選擇OK7BH曲線輸入指南數(shù)據(jù)點(0,0)不要輸入定義曲線彎曲處的數(shù)據(jù)點要密（見M54的數(shù)據(jù)點）BH曲線要避免生成S形通常M鋼定義BH數(shù)據(jù)到8,000A/m數(shù)據(jù)需要外推這些曲線的μ值通常需要附加大量的數(shù)據(jù)以使得μ值由大逐漸變到最終斜率最終斜率為空氣值(μ0)8BH數(shù)據(jù)輸入應(yīng)用實例: 400系列不銹鋼輸入如下數(shù)據(jù)

H(A/m)B(T)

790.0.771575.1.102365.1.307875.1.5015750.1.5631500.1.6347245.1.6678740.1.709首先定義數(shù)據(jù)表，然后把BH數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表中

Preproc>materialprops>datatables>define/activate平面屬性要求賦予材料號選擇OK10利用編輯激活表格輸入BH數(shù)據(jù)

Preproc>materialprops>datatables>editactive輸入數(shù)據(jù)后，用鼠標點取File>Apply/Quit圖示:Preproc>materialprops>datatables>graph列表:Preproc>materialprops>datatables>list11實際求解需要用到dν/dB2

為避免粗劣的v=Yu條件曲線，

ν-B2

應(yīng)該是單調(diào)的。

Utility>plot>datatables>graphNUvs.B**212把該曲線數(shù)據(jù)放置在庫內(nèi)，以備將來使用。

Preproc.>materialprops>materiallibrary>exportmaterial選擇文件名選取生成的BH數(shù)據(jù)的材料屬性13應(yīng)用實例:軸對稱直流致動器課題描述軸對稱線圈為直流供電銜鐵居中但懸空在定子上方。分析順序用axis2d宏建模完成建模后，加邊條件求解后處理力磁動勢誤差范數(shù)電流磁力線路徑圖示能量電感“氣隙”(mm)“線圈”部件“銜鐵”部件材料號5(同銜鐵)14勵磁

直流施加到線圈:3安培性質(zhì)

銜鐵/定子:上述BH曲線

線圈:300匝,26線徑，μr=1

空氣:μr=1單位:毫米(mm)15對于大多數(shù)應(yīng)用，通常指定電壓，線圈電流是算出來的.26線規(guī)直徑(Dw)=0.404mm(在20攝氏度下)銅電阻率(ρ)=17.14E-9Ω-m（在20攝氏度下）匝數(shù)(N)=300線圈中徑為8mm(Rmid)均勻填充圓線圈的電阻為：

R=16000NρRmid

/Dw2

R=4.03Ω對于靜態(tài)分析，12V電壓相應(yīng)的電流為2.98安，本分析采用3安。16參數(shù)化建模需要：

參數(shù)GAP必須定義

在命令行輸入

gap=.5并回車

點取OK選擇分網(wǎng)密度

Preproc>sizecntrl>basic17axis2s宏生成模型銜鐵單元部件ARMATURE線圈面積參數(shù)ACOND線圈單元部件COIL在ANSYS命令窗口輸入axis2s并回車，以建立模型18材料號1為空氣完善邊界條件 通量平行邊界條件

Preproc>loads>apply>boundary>-fluxparl-lines選擇模型邊界上的所有線19如下方式定義材料號1（自由空間磁導率）

Preproc>materialprops>isotropic選擇OK選擇OK20給線圈平面加載線圈電流

Preproc>loads>apply>excitation>-currentdensity-areas選擇線圈平面

選擇OK21給銜鐵加力邊界條件標志

Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>CompForce 選擇OK用不同的方法計算力，故加載兩種標志Maxwell應(yīng)力張量虛功選擇ARMATURE22選擇所有幾何和有限元實體進行模擬Solution>electromagnetic>opt&solve選擇OK（采用缺省設(shè)置進行求解）請確認23磁力線

Postproc>plotresults>2Dfluxlines注意漏磁位置線圈區(qū)定子上角定子與銜鐵交界位置24計算力

Postproc>elec&magcalc>comp.force軸對稱模型只產(chǎn)生垂直方向力定義單元表項

FVW_Y虛功Y方向力

FMX_YMaxwell應(yīng)力Y方向力環(huán)狀模型力總和選擇OK25用與銜鐵鄰接的空氣單元來計算銜鐵力，并顯示首先選擇空氣單元1)首先選擇空氣單元-材料屬性為1

選擇

Apply2)用Num/Pick從中選取鄰近銜鐵面空氣單元用框選取26虛功方法計算垂直力并用等值圖顯示

Postproc>plotresults>elemtable在氣隙中選取空氣單元選擇OK27用路徑圖示選項(PATH)能獲得沿銜鐵面的力的分布圖必須定義路徑

Postproc>pathoperations>definepath>bynodes點取節(jié)點2給一個任意的名字增加沿路徑的數(shù)據(jù)采樣點的數(shù)量點取節(jié)點1選擇OK28路徑定義信息如下路徑內(nèi)的結(jié)果插值是在總體坐標系下（與柱坐標系或其它局部坐標系相比）路徑由直線組成29單元表項FVW_Y中的力必須插值到路徑上

Postproc>pathoperations>mapontopath任意名選擇ETAB.FVW-Y選擇OK30將FVW_Y沿路徑顯示

Postproc>pathoperations-plotpathitems-ongeometry路徑圖示迭加在幾何體上已定義將路徑顯示圖縮放到一個較好的程度選擇OK31節(jié)點作用在銜鐵上的垂直方向力的路徑圖示32離路徑節(jié)點節(jié)點1的距離路徑上的力(F_Y)也能打印輸出

Postproc>pathoperations>listpathitems選擇OK33線圈Lorentz力（JxB）選擇線圈區(qū)域并定義為一個部件。

Utility>select>comp/assembly>selectcomp/assembly

選擇線圈為Lorentz力定義單元表Postpro>elementtable>definetable選擇34任意名作用于整個圓環(huán)上的X方向的Lorentz

力選擇

OK選擇

Add35

線圈X方向Lorentz力的等值圖

Postproc>elementtable>plotelemtable選擇

OK36作用在線圈單元上的總力

Postpro>elementtable>sumofeachitem該操作作用于全部激活單元上相當于360°圓周上的受力

力單位為牛頓:N37根據(jù)節(jié)點磁場值差異估計誤差，且作為單元表數(shù)據(jù)貯存

Postpro>mag&eleccalc>erroreval

B_ERR單位(T)H_ERR單位(Amps/m)BN_ERR和HN_ERR由最大值歸一化38

BN_ERR能用磁力線圖進行等值顯示圖示BN_ERR單元表項

Postpro>elementtable>plotelemtable選擇OK激活NOERASE選擇

Utility>plotcntrls>eraseoptions39圖示磁力線

Postpro>plotresults>2Dfluxlines選擇OK40線性和非線性材料的共能計算

Postpro>elec&magcalc>coenergy選擇OK41也能計算貯能Postproc>elec&magcalc>energy注：鐵的共能大約是貯能的8倍，表示鐵的飽和效應(yīng)所致42鐵單元的磁導率能用等值圖顯示

Postpro>elementtable>選擇ADDplane53單元在線幫助

選擇OK

這是絕對磁導率43為了獲得相對磁導率，單元表應(yīng)乘以MUZ系數(shù)將自由空間磁導率賦予參數(shù):MUZ=12.57x10-7

Postpro>elementtable>additems用已有名字自由空間磁導率參數(shù)不需要第二個單元表項選擇OK44用等值圖顯示相對磁導率MUR

Postpro>elementtable>plotelemtable注意飽和區(qū)選擇tOK45沿閉合線計算磁動勢

MMF

確保整個模型都被激活必須定義圍繞線圈的路徑

Postpro>elec&magcalc>definepath>bynodes選取如圖所示的7個節(jié)點，可從任一節(jié)點開始路徑的最終節(jié)點應(yīng)與起始節(jié)點是同一個跨越空氣隙時，氣隙兩邊的鐵邊界上各選取一個節(jié)點46完成路徑定義由于鐵與空氣的界面處H值不連續(xù)，故應(yīng)增加采樣點的數(shù)目選擇OK47繞閉合回線計算MMF

Postpro>elec&magcalc>MMF

選擇OKMMF正負號由右手定則決定，路徑的反時針方向與線圈電流的方向相反（對于軸對稱模型，正電流方向為進行平面方向）48為了確定鐵芯飽和程度，沿定子的中間部分定義一個路徑并計算MMF選取節(jié)點1選取節(jié)點2MMF=-384A-t49輸入的總安匝數(shù)為900，鐵芯的中間部位有384安匝，也就是空氣隙中只有519安匝（忽略其余鐵芯中的磁動勢）如果384安匝中的大部分都在空氣隙中，磁力會有多大？對于本問題，電磁力至少會增加2倍。可用另一種方法顯示這一點：將鐵芯的磁導率設(shè)為1000，進行線性求解評述

50檢查邊界條件的正確與否非常