Ansys電機電磁、震動和噪聲分析流程

電機電磁、震動和噪聲分析流程簡介本例將重點展示，如何在ANSYSWorkbench平臺下，電機的電磁、震動和噪聲的耦合分析流程。本例以永磁同步電機模型為例。在Maxwell2D中，利用該電機的1/8模型，計算定子內(nèi)表面徑向和切向磁拉力；然后在ANSYSMechanical中進行該電機三維定子的諧響應(yīng)分析；最后在ANSYSMechanicalACT中進行三維聲場分析。在Workbench中，Maxwell中計算的定子內(nèi)表面徑向和切向磁拉時域力密度分布，作為激勵源，耦合到Mechanical中進行頻域的諧響應(yīng)分析；諧響應(yīng)分析的結(jié)果，作為激勵耦合到ANSYSMechanicalACT中，作為噪聲分析的激勵。本例目的在于展示電磁場、諧響應(yīng)以及聲場的耦合分析和數(shù)據(jù)傳遞流程，描述關(guān)鍵步驟。如要查看具體操作，可查看ANSYS公司的其他相關(guān)培訓(xùn)教程。軟件要求本例中的電磁、震動和噪聲的耦合分析，需要需要使用MaxwellV2014、ANSYSMechanicalR15版本。需要安裝ANSYSWorkbench，并且Maxwell、

Mechanical都集成到Workbench界面中。需要安裝并激活A(yù)cousticsACT選項1導(dǎo)入Maxwell文件選擇Workbench菜單

File>Import將默認的文件類型改為MaxwellProjectFile(*.mxwl)瀏覽到Maxwell文件保存的路徑選擇文件

“Ex_MaxwellTransient_Harmonic_Acoustic.mxwl”，并打開。啟動ANSYSWorkbench啟動Workbench選擇Windows開始菜單，點擊

AllProgrames>ANSYS15.0>Workbench15.0確保Maxwell2D、HarmonicResponse等求解器，顯示在Workbench左側(cè)的窗口中，如右圖。導(dǎo)入MaxwellProject文件用戶可以在Workbench中啟動Maxwell2D，并新建分析project；也可以在Workbench導(dǎo)入已有的Maxwellproject文件。本例采用后者。2啟動

Maxwell導(dǎo)入Maxwell文件成功后，在Workbench的工作區(qū)會出現(xiàn)一個MaxwellDesign。啟動

Maxwell雙擊MaxwellDesign上的Maxwell2D標簽，彈出Maxwell2D界面。Maxwell分析模型介紹分析模型為Prius電機的二維分析模型。瞬態(tài)分析模型的各項設(shè)置已經(jīng)設(shè)置好。如需要詳細了解如何設(shè)置電機的瞬態(tài)分析模型，請查看其他相關(guān)培訓(xùn)文件。Maxwell模型修改為了精確分析定子齒部的徑向電磁力，并將力密度的分布耦合到后續(xù)的諧響應(yīng)分析中。需要將定子齒部“分割”出來，并施加更細密的網(wǎng)格剖分。定子鐵心PhaseAPhaseBPhaseC磁鋼轉(zhuǎn)子軸PhaseC3幾何模型修改修改選擇模式選擇菜單

Edit>Select>Objects

；或從鍵盤，點擊快捷鍵“O”。復(fù)制定子鐵心用鼠標，在圖形窗口點擊定子鐵心。點擊，菜單Edit>Copy點擊，菜單Edit>Paste

在模型列表里面，會多出來一個物體

Stator1。建一個輔助圓點擊菜單Draw>Circle

；在坐標輸入?yún)^(qū)域，輸入圓心的坐標點X:0；Y:0；

Z:0；點擊回車鍵確定。在坐標輸入?yún)^(qū)域，輸入半徑dX:84；

dY:0；

dZ:0；點擊回車鍵確定。在模型列表里面，會出現(xiàn)新部件Circle3。建立定子齒尖部分模型按住Ctrl鍵，先選擇物體Stator1，再選擇Circle3點擊菜單，Modeler>Boolean>Intersect點擊OK按鈕建立定子背板模型按住Ctrl鍵，先選擇物體Stator1，再選擇Stator1點擊菜單，

Modeler>Boolean>Subtract在彈出的窗口中，選擇BlankParts:Stator1；ToolParts:Stator1選擇Clonetoolobjectsbeforesubtracting:

點擊OK按鈕修改定子齒尖模型屬性在模型列表選擇物體Stator1，右鍵點擊Properties在彈出的屬性窗口中，將Name改成ToothTips點擊菜單Modeler>Boolean>SeparateBodies4網(wǎng)格剖分在原有網(wǎng)格剖分的基礎(chǔ)上，加密網(wǎng)格剖分

加密定子齒尖網(wǎng)格剖分按住Ctrl鍵，依次選擇6個定子齒尖模型點擊菜單Maxwell2D>MeshOperations>Assign>OnSelection>LengthBased在彈出的

ElementLengthBasedRefinement窗口中，將Name改成Length_ToothTipsRestrictlengthofElements:

MaximumLengthofElements:0.25mm點擊

OK改善曲線網(wǎng)格剖分選中所有的物體（Ctrl+A）點擊菜單

Maxwell2D>MeshOperations>Assign>SurfaceApproximation在彈出的SurfaceApproximation窗口中，將名字改成SurfApprox_ToothTips設(shè)置

maximumsurfacedeviation(length)為

0.001mm點擊

OK5調(diào)整仿真時間與步長雙擊Projects管理窗口上的Analysis>Setup1

設(shè)置仿真停止時間StopTime為10ms設(shè)置時間步長TimeStep為

50us點擊

OK激活瞬態(tài)電磁場與諧響應(yīng)分析的耦合分析選項激活瞬態(tài)電磁場與諧響應(yīng)分析耦合分析選項點擊菜單Maxwell2D>EnableHarmonicForceCalculation在彈出的EnableHarmonicForceCoulping窗口中，選中EnableForceCalculation，

在每一個齒尖模型的選擇框中，打勾如下圖。點擊OK。Maxwell將會在最后一個完整周期，

計算每一個選中物體的瞬時電磁力，

并通過傅里葉分析，轉(zhuǎn)化成頻域的

電磁力數(shù)據(jù)，頻率范圍是從直流到

DCto1/(2*dT).6建立諧響應(yīng)分析系統(tǒng)新建諧響應(yīng)分析在Workbench的AnalysisSystem窗口中，選擇Harmonicresponse。并將Harmonicresponse拖拽到ProjectSchematic窗口中Maxwell的右邊。導(dǎo)入諧響應(yīng)分析幾何模型導(dǎo)入諧響應(yīng)分析幾何模型右鍵點擊Harmonicresponse分析上的Geometry（B3），選擇ImportGeometry>Browse，選擇培訓(xùn)用文件“stator.x_t”。鏈接Maxwell與Harmonicresponse用鼠標連接Maxwell2D的下的Solution（A4）與Harmonicresponse下的Setup（B5）9UpdateProject右鍵選擇Maxwell2D下面的Solution標簽

(A4)，然后點擊update啟動

ANSYSHarmonicresponse雙擊諧響應(yīng)分析中的

Model標簽（B4）在彈出的諧響應(yīng)分析界面中，會自動出現(xiàn)一個用于Maxwell數(shù)據(jù)耦合的標簽。ANSYSHarmonicresponse單位設(shè)置點擊菜單Units>Metric(mm,kg,N,s,mV,mA)10創(chuàng)建NamedSelection為了便于選擇操作，預(yù)先定義幾個NamedSelection創(chuàng)建定子內(nèi)表面NamedSelection“ToothTip”將選擇模式切換到面，在圖形窗口用鼠標選擇任意一個定子齒的內(nèi)表面右鍵點擊CreateNamedSelection在彈出的SelectionName對話框中，輸入NamedSelection的名字為ToothTips選中ApplyGeometryItemsofSame

下面的

Size單選框此時，應(yīng)該定義了一個名為ToothTips的NamedSelection，它包含定子的48個內(nèi)表面創(chuàng)建固定用孔的NamedSelection“Bolts”方法與上一步類似11選擇定子外表面的所有240個面，創(chuàng)建創(chuàng)建定子外表面的NamedSelection“Stator_shell”新建柱坐標系新的柱坐標系用于顯示徑向的變形和應(yīng)力分布。新柱坐標的圓心為坐標原點。ANSYSHarmonicresponse模型檢查確認定子外殼與定子之間。接觸良好，有一個“BondedContact”的設(shè)置。12Harmonicresponse網(wǎng)格剖分點擊Harmonicresponse下面的Mesh標簽，在屬性窗口中定義下圖設(shè)置右鍵GenerateMesh13導(dǎo)入Maxwell電磁力在Harmonicresponse左側(cè)的Project欄里面，左鍵點擊ImportRemoteLoads(Maxwell2DSolutions)，在屬性窗口中，將scoopingmethod改成

NamedSelection將下一行的NamedSelection改成預(yù)先定義的ToothTips右鍵點擊ImportRemoteLoads(Maxwell2DSolutions)，并左鍵點擊GenerateRemoteloads每一個定子齒部的電磁力/轉(zhuǎn)矩被導(dǎo)入到諧響應(yīng)分析中查看從Maxwell耦合過來的轉(zhuǎn)矩和力分布點擊ImportRemoteLoads(Maxwell2DSolutions)

下面的列表，就可以查看電磁力和轉(zhuǎn)矩14改變力的作用點設(shè)置在ImportRemoteLoads(Maxwell2DSolutions)的屬性窗口中，設(shè)置Definition>RemotePoints

為

Globallyavailable則在Harmonicresponse左側(cè)的Project欄中，會出現(xiàn)RemotePoints15確保ANSYSMechanicalACT已經(jīng)成功激活確保ANSYSMechanicalACT已經(jīng)成功激活。如果成功激活，Harmonicresponse的工具欄中會出現(xiàn)一行用于噪聲計算的工具定義噪聲源傳遞文件在左側(cè)的Project欄中，右鍵點擊Harmonicresponse（B5）>Insert>OneWayCouplingAnalysis(ASIFile)在下方的DetailsofOneWayCouplingAnalysis(ASIFile)屬性窗口中，將scoopingmethod改成

NamedSelection將下一行的NamedSelection改成預(yù)先定義的StatorHarmonicresponse將會保存這些所選結(jié)構(gòu)上的速度值，由于后續(xù)的噪聲計算諧響應(yīng)分析求解設(shè)置在左側(cè)的Project欄中，右鍵點擊Harmonicresponse（B5）>Analysissettings在下方的DetailsofAnalysissettings屬性窗口中將RangeMaximum設(shè)置成

10000Hz將SolutionIntervals設(shè)置成25將SolutionMethod改成Full注意以上三項設(shè)置，需要與Maxwell傳遞過來的頻率匹配16施加固定邊界條件在左側(cè)的Project欄中，右鍵點擊

Harmonicresponse（B5）>Insert

>Fixedsupport在下方的Detailsof“Fixedsupport”屬性窗口中將scoopingmethod改成

NamedSelection將下一行的NamedSelection改成預(yù)先定義的Bolts諧響應(yīng)分析求解在左側(cè)的Project欄中，右鍵點擊Solution（B6）>，然后左鍵點擊Solve17諧響應(yīng)分析結(jié)果查看應(yīng)力與變形單個齒上的速度曲線（bode圖）18速度的幅值與相位（實際值）19建立ANSYSMechanicalACT噪聲分析系統(tǒng)新建ANSYSMechanicalACT分析在Workbench的AnalysisSystem窗口中，選擇Harmonicresponse。并將Harmonicresponse拖拽到ProjectSchematic窗口中的C3位置。將分析系統(tǒng)的名字改成“Acoustic”導(dǎo)入噪聲分析幾何模型導(dǎo)入噪聲分析幾何模型右鍵點擊Acoustic分析上的Geometry（C3），選擇ImportGeometry>Browse，選擇培訓(xùn)用文件“AcousticDomain.agdb”。啟動

ANSYSHarmonicresponse雙擊諧響應(yīng)分析中的

Model標簽（C4），啟動ANSYSMechanicalACTANSYSMechanicalACT單位設(shè)置在彈出的ACT分析界面中，點擊菜單Units>Metric(mm,kg,N,s,mV,mA)單位需要與諧響應(yīng)分析一致20Suppress幾何模型本例重在說明流程，為簡化操作，只保留兩個幾何模型網(wǎng)格劃分右鍵點擊AcousticProject窗口下的Mesh標簽，

Mesh>Insert>Sizing在下方的Detailsof“Sizing”屬性窗口中在圖形區(qū)域，右鍵選擇所有的物體在下一行的Geometry，選擇Apply在ElementSize中輸入30右鍵點擊AcousticProject窗口下的Mesh標簽，

Mesh>Insert>Method在下方的Detailsof“AutomaticMethod”屬性窗口中在圖形區(qū)域，右鍵選擇所有的物體在下一行的Geometry，選擇Apply在Method中選擇Tetrahedrons右鍵點擊AcousticProject窗口下的Mesh標簽，

Mesh>GenerateMesh21定義聲音傳播區(qū)域材料屬性在Acoustic的工具欄中，點擊AcousticBody在下方的Detailsof“AcousticBody”屬性窗口中在圖形區(qū)域，右鍵選擇所有的物體在下一行的Geometry，選擇Apply定義空氣密度和聲音傳播速度，默認為空氣定義耦合噪聲源在Acoustic的工具欄中，點擊AnalysisSetting>OneWayCoupl