ANSYSMaxwell渦流場分析報告

實用標準文檔訓練后處理應用實例本例中的渦流模型由一個電導率σ=106S/m，長度為100mm，橫截面積為10×10m2的導體組成，導體通有幅值為100A、頻率為60Hz、初始相位ф=120°的電流。啟動Maxwell并建立電磁分析在windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYSElectromagnetic→ANSYSElectromagneticSuite15.0→Windows64-bit→Maxwell3D命令，進入Maxwell軟件界面。選擇菜單欄中File→Save命令，將文件保存名為“training_post”選擇菜單欄中Maxwell3D→SolutionType命令，彈出SolutionType對話框Magnetic:eddycurrent單擊OK按鈕依次單擊Modeler→Units選項，彈出SetModelUnits對話框，將單位設置成m，并單擊OK按鈕。建立模型和設置材料依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=-5，Y=-5，Z=0，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=5，dY=5，dZ=100，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：Cond材料設置為conductor，電導率為σ=106S/m依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=55，Y=-10，Z=40，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=75，dY=10，dZ=60，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：aux依次單擊Draw→Line在絕對坐標欄中輸入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=0，dY=0，dZ=100，并按Enter鍵名為line1依次單擊Draw→line，生成長方形對角點為（20，-20，50）、（-20，20，50），名為line2依次單擊Draw→Region命令，彈出Region對話框，設置如下:Padindividualdirections（-100，-100，0）、（200，100，100）指定邊界條件和源按f鍵，選擇Cond與Region的交界面，依次單擊菜單中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在對話框中填入以下內(nèi)容：Name:SourceInValue:100APalse:120deg單擊OK按鈕按f鍵，選擇Cond與Region的另一個交界面，依次單擊菜單中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在對話框中填入以下內(nèi)容：Name:SourceInValue:100APalse:120deg按SwapDirection和OK按鈕設置求解規(guī)則依次選擇菜單欄中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令，此時彈出SolutionSetup對話框，在對話框中設置：Maximumnumberofpasses（最大迭代次數(shù)）：10PercentError（誤差要求）:1%RefinementperPass（每次迭代加密剖分單元比例）:50%Solver>AdaptiveFrequency（設置激勵源的頻率）:60Hz單擊OK按鈕。依次選擇菜單欄中的Maxwell3D→ValidationCheck命令，此時彈出的對話框中，如果全部項目都有說明前處理操作沒有問題；如果有彈出，則需要重新檢查模型；如果有！出現(xiàn)，則不會影響計算。依次選擇Maxwell3D→AnalyzeAll命令，此時程序開始計算。后處理依次單擊Maxwell3D>Fields>Calculator命令，彈出FieldsCalculator對話框?qū)w內(nèi)的功率損耗（體積分）方法一：選擇Input>Quantity>OhmicLoss選擇Input>Geometry選擇Volume，在列表中選擇Cond，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval得到Cond計算損耗約為5方法二：計算公式為選擇Input>Quantity>J，獲得電流密度矢量J；選擇Push選擇General>Complex：Conj，求J的共軛；選擇Vector>Mtal，出現(xiàn)MaterialOperation窗口；選擇Conductivity、Divide；單擊OK按鈕選擇Vector>Dot選擇General>Complex：Real；選擇Input>Number，設置為Type:Scalar；Value:2；單擊OK選擇General>/選擇Input>Geometry選擇Volume，在列表中選擇Cond，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval得到Cond計算損耗約為5沿著導體路徑的電壓降（線積分）計算電壓降的實部：計算公式為選擇Input>Quantity>J，獲得電流密度矢量J；選擇Vector>Mtal，出現(xiàn)MaterialOperation窗口；選擇Conductivity、Divide；單擊OK按鈕選擇General>Complex：Real；選擇Input>Geometry選擇Line，在列表中選擇Line1，然后單擊OK按鈕選擇Vector>Tangent選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval得到電壓降的實部分量為0.05V計算電壓降的虛部：計算公式為選擇Input>Quantity>J，獲得電流密度矢量J；選擇Vector>Mtal，出現(xiàn)MaterialOperation窗口；選擇Conductivity、Divide；單擊OK按鈕選擇General>Complex：Imag；選擇Input>Geometry選擇Line，在列表中選擇Line1，然后單擊OK按鈕選擇Vector>Tangent選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval得到電壓降的實部分量為-0.0866V理論計算電壓降幅值為 安培定律（線積分）計算磁場強度的實部分量沿著線line2的線積分選擇Input>Quantity>H；選擇General>Complex：Real；選擇Input>Geometry選擇Line，在列表中選擇Line2，然后單擊OK按鈕選擇Vector>Tangent選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval出現(xiàn)86.58A實際電流的實部是100×sin120=86.58A計算磁場強度的虛部分量沿著線line2的線積分選擇Input>Quantity>H；選擇General>Complex：Imag；選擇Input>Geometry選擇Line，在列表中選擇Line2，然后單擊OK按鈕選擇Vector>Tangent選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval出現(xiàn)-49.98A實際電流的虛部是100×cos120=50A計算相位選擇Exch和Rlup操作，確認計算器頂部為-49.98A，接下來是86.58A選擇Trig|Atan2，得到相位為120.000計算磁通密度散度（體積分）計算磁通密度的實部分量散度在aux上的體積分選擇Input>Quantity>B；選擇General>Complex：Real；選擇Vector>Divg選擇Input>Geometry選擇Volume，在列表中選擇aux，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval出現(xiàn)-9.68×10-10A計算磁通密度的虛部分量散度在aux上的體積分選擇Input>Quantity>B；選擇General>Complex：Imag；選擇Vector>Divg選擇Input>Geometry選擇Volume，在列表中選擇aux，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval出現(xiàn)1.68×10-9A磁通量的計算（面積分）磁通量實部的計算選擇Input>Quantity>B選擇Vector:Scal?>ScalarY選擇General>Complex：Real；選擇Input>Geometry選擇Volume，在列表中選擇aux，然后單擊OK按鈕General>Domain選擇Input>Geometry選擇Surface，在列表中選擇XZ，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval出現(xiàn)5.06×10-8Wb磁通量實部的計算選擇Input>Quantity>B選擇Vector:Scal?>ScalarY選擇General>Complex：Imag；選擇Input>Geometry選擇Volume，在列表中選擇aux，然后單擊OK按鈕General>Domain選擇Input>Geometry選擇Surface，在列表中選擇XZ，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval出現(xiàn)-8.76×10-8Wb磁通量的幅度為1.01×10-7Wb，進而可以獲得導體與積分表面邊界構(gòu)成的矩形環(huán)之間的互感為在環(huán)內(nèi)感應電壓的幅度為計算總電阻損耗（體積分）----Maxwell_v16_3D_WS02_BasicEddyCurrentAnalysis選擇Input>Quantity>OhmicLoss選擇Input>Geometry選擇Volume，在列表中選擇Disk，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval得到Disk計算損耗約為270.38W計算磁通量----06_1_maxwell_eddycurrent_Asymmetric_ConductorBz_real選擇Input>Quantity>B選擇Vector:Scal?>ScalarZ選擇General>Complex：Real；選擇General>Smooth注意:在特斯拉(Tesla)的單位中，流量密度將默認顯示。如果您希望看到高斯單位的結(jié)果執(zhí)行步驟5和步驟6，否則跳到第7步選擇Input>Number，設置為Type:Scalar；Value:10000；單擊OKGeneral>*選擇Add和指定名稱為Bz_realBz_imag選擇Input>Quantity>B選擇Vector:Scal?>ScalarZ選擇General>Complex：Imag；選擇General>Smooth注意:在特斯拉(Tesla)的單位中，流量密度將默認顯示。如果您希望看到高斯單位的結(jié)果執(zhí)行步驟5和步驟6，否則跳到第7步選擇Input>Number，設置為Type:Scalar；Value:10000；單擊OKGeneral>*選擇Add和指定名稱為Bz_imag計算輻射功率----06_2_maxwell_eddycurrent_Radiation_Boundary選擇Input>Quantity>E；選擇Input>Quantity>H；選擇General>Complex：Conj；選擇Vector>Cross選擇General>Complex：Real；選擇Input>Number，設置為Type:Scalar；Value:0.5；單擊OK選擇General>*選擇Add和指定名稱為Poynting計算電流（面積分）----07_1_maxwell_transient_reluctance_motor選擇Input>Quantity>J選擇Vector:Scal?>ScalarZ選擇Input>Geometry選擇Surface，在列表中選擇Terminal_A1，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫Integrate選擇Input>Number，設置為Type:Scalar；Value:150；單擊OK選擇General>/選擇Output>Eval單擊Done計算電流（面積分）----05_3_maxwell_magnetostatic_reluctance_motor選擇Input>Quantity>J選擇Input>Geometry選擇Surface，在列表中選擇Terminal_A1，然后單擊OK按鈕選擇Vector>Normal選擇Scalar>∫Integrate選擇Output>Eval出現(xiàn)通過線圈的電流，等于3750單擊Done霍爾傳感器流量密度作為時間的函數(shù)（面積分）-----07_2_maxwell_transient_rotational_motion選擇Input>Quantity>B選擇Input>Geometry選擇Surface，在列表中選擇Sensor，然后單擊OK按鈕選擇Vector>Normal選擇Undo選擇Scalar>∫Integrate選擇Input>Number，設置為Type:Scalar；Value:1；單擊OK選擇Input>Geometry選擇Surface，在列表中選擇Sensor，然后單擊OK按鈕選擇Scalar>∫IntegrateGeneral>/選擇Add指定名稱為Bsensor單擊Done通過線圈產(chǎn)生電流，作為時間的函數(shù)----07_3_maxwell_transient_translational_motion選擇Input>Quantity>J選擇Input>Geometry選擇Surface，在列表中選擇Coil_Terminal，單擊OK按鈕選擇Vector>Normal選擇Scalar>∫Integrate選擇Add指定名稱為It單擊Done

2.Maxwell3D:銅線圈渦流分析啟動Workbench并保存在windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS15.0→Workbench15.0命令，啟動ANSYSWorkbench15.0，進入主界面。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存名為“Eddycurrent”建立電磁分析雙擊Workbench平臺左側(cè)的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell3D此時在ProjectSchematic中出現(xiàn)電磁分析流程圖。雙擊表A中的A2，進入Maxwell軟件界面。在Maxwell軟件界面可以完成有限元分析的流程操作。選擇菜單欄中Maxwell3D→SolutionType命令，彈出SolutionType對話框，選擇eddycurrent，并單擊OK按鈕。依次單擊Modeler→Units選項，彈出SetModelUnits對話框，將單位設置成mm，并單擊OK按鈕。建立幾何模型和設置材料創(chuàng)建鋁板模型（stock）依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=-0，Y=0，Z=0，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=294，dY=294，dZ=19，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：stock依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=18，Y=18，Z=0，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=126，dY=126，dZ=19，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：hole選中stock和hole，依次選擇菜單欄中Modeler→Boolean→Subtract命令，對幾何進行減運算，此時彈出Subtract對話框在BlankParts中選中stock實體在ToolParts中選中hole實體單擊OK按鈕得到鋁板模型如下：單擊幾何實體，使其處于加亮狀態(tài)，此時左側(cè)會彈出屬性對話框，在Material欄中將Value展開選擇Edit，選擇Aluminum作為鋁板的材料創(chuàng)建線圈模型（coil）依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=119，Y=25，Z=49，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=150，dY=150，dZ=100，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：coilhole按E鍵，將體選擇改為邊選擇，選中coilhole模型的4個豎邊，如下圖所示。將所選邊緣圓滑化，依次選擇菜單欄中Modeler>Fillet命令，F(xiàn)illet參數(shù)設置：FilletRadius:25mm；SetbackDistance:0mm依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=94，Y=0，Z=49，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=200，dY=200，dZ=100，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：coil按E鍵，將體選擇改為邊選擇，選中coil模型的4個豎邊，將所選邊緣圓滑化，依次選擇菜單欄中Modeler>Fillet命令，F(xiàn)illet參數(shù)設置：FilletRadius:50mm；SetbackDistance:0mm選中coil和coilhole模型，依次選擇菜單欄中Modeler→Boolean→Subtract命令，對幾何進行減運算，此時彈出Subtract對話框在BlankParts中選中coil實體在ToolParts中選中coilhole實體單擊OK按鈕得到coil模型如下：單擊coil幾何實體，使其處于加亮狀態(tài)，此時左側(cè)會彈出屬性對話框，在Material欄中將Value展開選擇Edit，選擇copper作為線圈的材料。創(chuàng)建相對坐標系選擇菜單欄中Modeler>CoordinateSystem>Create>RelativeCS>Offset命令，在絕對坐標欄中輸入：X=200，Y=100，Z=0，并按Enter鍵設置激勵電流加載面選中Coil幾何，依次單擊菜單中的Modeler→Surface→Section命令，在彈出的對話框中選擇XZ并單擊OK按鈕，此時幾何生成截面。保持截面處于加亮狀態(tài)，依次單擊菜單中的Modeler→Boolean→SeparateBodies命令，此時截面被分開。右擊Terminal_Separate1命令，在彈出的快捷菜單中依次選擇Edit→Delete命令。添加激勵在模型樹種選中線圈的截面，依次單擊菜單中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在對話框中填入以下內(nèi)容：Name:Current1Value:2742AStranded:Checked單擊OK按鈕設置渦流存在區(qū)域依次單擊菜單中的Maxwell3D>Excitations>SetEddyEffects命令，只勾選Stock：EddyEffects，然后單擊OK按鈕。設置求解域選擇菜單欄中Draw→Region命令，在彈出的Region對話框中輸入Value=300，并單擊OK按鈕。創(chuàng)建啞元DummyDummy技術(shù)的優(yōu)點：只對所關(guān)心的局部區(qū)域進行加密剖分，提高該區(qū)域的計算精度，無需對整個區(qū)域進行加密，節(jié)約了計算資源。將坐標系改為GlobalCS依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=-3，Y=68，Z=30，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=300，dY=8，dZ=8，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：dummy材料為真空設置Dummy的剖分參數(shù)，選中Dummy模型，選擇菜單欄中Maxwell>MeshOperations>Assign>OnSelection>LengthBased命令，此時彈出ElementLengthBasedRefinement對話框，在對話框中填入以下內(nèi)容：Name:Length1：RestrictLengthOfElements：RestricttheNumberofElementsMaximumNumberofElements:1000單擊OK按鈕選擇菜單欄中Maxwell3D>AnalysisSetup>ApplyMeshOperations命令，開始劃分網(wǎng)格。求解計算依次選擇菜單欄中Maxwell3D→AnalysisSetup→AddSolutionSetup命令，此時彈出SolutionSetup對話框，在對話框中設置：Maximumnumberofpasses（最大迭代次數(shù)）：10PercentError（誤差要求）:2%RefinementperPass（每次迭代加密剖分單元比例）:50%Solver>AdaptiveFrequency（設置激勵源的頻率）:200Hz單擊OK按鈕。依次選擇菜單欄中的Maxwell3D→ValidationCheck命令，此時彈出的對話框中，如果全部項目都有說明前處理操作沒有問題；如果有彈出，則需要重新檢查模型；如果有！出現(xiàn)，則不會影響計算。依次選擇Maxwell3D→AnalyzeAll命令，此時程序開始計算。查看結(jié)果（Calculator）使用Calculator計算器繪出線段A（0，72，34），B（288，72，34）上的磁感應強度B的Z向分量實部值，設置GlobalCS為工作坐標系。依次單擊Draw→Line命令，繪制線段在絕對坐標欄中輸入：X=-0，Y=72，Z=34，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=288，dY=72，dZ=34，并按Enter鍵單擊幾何實體，左側(cè)彈出屬性對話框，重命名為：FieldLine計算B的z向分量實部，依次單擊Maxwell3D>Fields>Calculator命令，在彈出的FieldsCalculator對話框中做如下設置：在Category中選擇B在Vector中選擇Scal?>ScalarZ在General中選擇Complex>Real；單擊Smooth在Input中單擊NumberType:ScalarValue:10000單擊OK按鈕General:*點擊Add，輸入NamedExpression：Name:Bz_real，然后單擊Done按鈕依次選擇Maxwell3D>Results>CreateFieldsReport>Rectangularplot命令，設置如下圖，然后點擊NewReport。繪出stock中的渦流輻值分布：選中stock，依次選擇Maxwell3D>Fields>Fields>J>Mag_J命令。繪出stock中的渦流流向圖：選中stock，依次選擇Maxwell3D>Fields>Fields>J>Vector_J命令。

3.Maxwell3D:螺旋線圈渦流分析（正弦50Hz電流）啟動Workbench并保存在windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS15.0→Workbench15.0命令，啟動ANSYSWorkbench15.0，進入主界面。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存名為“Lx_eddycurrent”建立電磁分析雙擊Workbench平臺左側(cè)的Toolbox→AnalysisSystems→Maxwell3D此時在ProjectSchematic中出現(xiàn)電磁分析流程圖。雙擊表A中的A2，進入Maxwell軟件界面。在Maxwell軟件界面可以完成有限元分析的流程操作。選擇菜單欄中Maxwell3D→SolutionType命令，彈出SolutionType對話框，選擇eddycurrent，并單擊OK按鈕。依次單擊Modeler→Units選項，彈出SetModelUnits對話框，將單位設置成mm，并單擊OK按鈕。建立幾何模型和設置材料創(chuàng)建螺旋模型（coil）依次單擊Draw→UserDefinedPrimitive→SysLib→SegmentedHelix→PolygonHelix命令，在彈出的窗口中設置如下：PloygonRadius（多邊形半徑）：1.5cmStartHelixRadius（螺旋半徑）:15cmRadiusChange:3.1cmPitch:0cmTurns:8單擊OK按鈕選中此模型，在左側(cè)彈出屬性對話框Name欄中將Value改成CoilMaterial欄中將Value展開選擇Edit，選擇copper作為線圈的材料Color欄中將Value改成Yellow其余保持默認值依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=14，Y=0，Z=-2，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=2，dY=2，dZ=-2，并按Enter鍵依次單擊Draw→Box命令，創(chuàng)建長方體在絕對坐標欄中輸入：X=40.5，Y=0，Z=-2，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=-2，dY=-2，dZ=-2，并按Enter鍵連接面，依次單擊Edit→Select→Faces命令，選擇2個Box相對的面，然后依次單擊Modeler→Surface→CreateObjectfromFace命令，最后依次單擊Modeler→Surface→Connect命令，完成連接。選中2個Box，選擇菜單欄中Edit→Duplicate→AlongLine命令在絕對坐標欄中輸入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter鍵在相對坐標欄中輸入：dX=0，dY=0，dZ=1，并按Enter鍵單擊OK按鈕聯(lián)合對象，依次單擊Edit→Objects命令然后單擊Edit→SelectAll命令，最后依次單擊Modeler→Boolean→Unite命令，完成聯(lián)合。創(chuàng)建底板選擇菜單欄中Draw→RegularPolyhedron命令，創(chuàng)建正多面體在絕對坐標欄中輸入：X=0，Y=0，Z=1.5，并按Enter鍵；在相對坐標欄中輸入：dX=41，dY=0，dZ=1，并按Enter鍵。此時左上角會彈出SegmentNumber對話框NumberofSegments:36單擊OK按鈕單擊幾何實體，使其處于加亮狀態(tài)，此時左側(cè)會彈出屬性對話框，在對話框中填入以下內(nèi)容：Name欄中將Value改成DisksMaterial欄中將Value展開選擇Edit，選擇Cast_iron（鑄鐵）作為底板的材料Color欄中將Value改成Orange其余保持默認值設置激勵電流加載面選中Coil幾何，依次單擊菜單中的Modeler→Surface→Section命令，在彈出的對話框中選擇YZ并單擊OK按鈕，此時幾何生成截面，命名為Coil_Terminal。選中Coil_Terminal，依次單擊菜單中的Modeler→Boolean→SeparateBodies命令，此時截面被分開。除了Coil_Terminal，選中所有的Sheets右擊，在彈出的快捷菜單中依次選擇Edit→Delete命令。添加激勵在模型樹種選中Coil_Terminal，依次單擊菜單中的Maxwell3D→Excitations→Assign→Current命令，在對話框中填入以下內(nèi)容：Name:I_CoilValue:125ASolid:Checked單擊OK按鈕解決肌膚深度計算肌膚深度肌膚深度是指導體中電流密度減小到導體截面表層電流密度的1/e處的深度。公式為其中是角頻率（，其中f=500Hz）是導體的電導率,鑄鐵的1.5×106S/m是導體的相對磁導率；鑄鐵60是空間的磁導率，這等于4π×10-7A/m.此模型的肌膚深度約為0.24cm創(chuàng)建表層協(xié)助肌膚深度網(wǎng)格劃分依次單擊Edit→Select→Faces命令，選中Disk最接近Coil的面依次單擊Modeler→Surface→Creat