ANSYS電場(chǎng)分析教程經(jīng)典入門教程

ANSYS電場(chǎng)分析教程經(jīng)典入門教程ANSYS電場(chǎng)分析教程經(jīng)典入門教程/ANSYS電場(chǎng)分析教程經(jīng)典入門教程ANSYS電場(chǎng)分析指南關(guān)鍵字:

靜電場(chǎng)分析（h方法）14.1什么是靜電場(chǎng)分析靜電場(chǎng)分析用以確定由電荷分布或外加電勢(shì)所產(chǎn)生的電場(chǎng)和電場(chǎng)標(biāo)量位（電壓)分布.該分析能加二種形式的載荷:電壓和電荷密度。靜電場(chǎng)分析是假定為線性的,電場(chǎng)正比于所加電壓。靜電場(chǎng)分析可以使用兩種方法：h方法和p方法.本章討論傳統(tǒng)的h方法。下一章討論p方法。14。2h方法靜電場(chǎng)分析中所用單元h方法靜電分析使用如下ANSYS單元：表1.二維實(shí)體單元單元維數(shù)形狀或特征自由度PLANE1212—D四邊形，8節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電壓表2.三維實(shí)體單元單元維數(shù)形狀或特征自由度SOLID1223—D磚形（六面體),20節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電壓SOLID1233-D磚形（六面體），20節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電壓表3.特殊單元單元維數(shù)形狀或特征自由度MATRIX50無(wú)（超單元)取決于構(gòu)成本單元的單元取決于構(gòu)成本單元的單元類型INFIN1102—D4或8節(jié)點(diǎn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)1個(gè)；磁矢量位，溫度,或電位INFIN1113—D六面體,8或20節(jié)點(diǎn)AX、AY、AZ磁矢勢(shì)，溫度,電勢(shì),或磁標(biāo)量勢(shì)INFIN92-D平面，無(wú)界,2節(jié)點(diǎn)AZ磁矢勢(shì),溫度INFIN473—D四邊形4節(jié)點(diǎn)或三角形3節(jié)點(diǎn)AZ磁矢勢(shì),溫度14。3h方法靜電場(chǎng)分析的步驟靜電場(chǎng)分析過(guò)程由三個(gè)主要步驟組成：1。建模2.加載和求解3.觀察結(jié)果14。3。1建模定義工作名和標(biāo)題：命令：/FILNAME,/TITLEGUI：UtilityMenu>JobnameUtilityMenu>Title如果是GUI方式，設(shè)置分析參考框：GUI：MainMenu〉Preferences>Electromagnetics：Electric設(shè)置為Electric，以確保電場(chǎng)分析所需的單元能顯示出來(lái)。之后就可以使用ANSYS前處理器來(lái)建立模型，其過(guò)程及其它分析類似，詳見(jiàn)《ANSYS建模和分網(wǎng)指南》.對(duì)于靜電分析，必須定義材料的介電常數(shù)(PERX）,它可能及溫度有關(guān),可能是各向同性，也可能是各向異性.對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS），最好能更方便地設(shè)置單位制,因?yàn)橐恍┎考挥袔孜⒚状笮?詳見(jiàn)下面MKS制到μMKSV制電參數(shù)換算系數(shù)和MKS制到μMSVfA制電參數(shù)換算系數(shù)表表4．MKS制到μMKSV制電參數(shù)換算系數(shù)表電參數(shù)MKS制量綱乘數(shù)μMKSV制量綱電壓V（kg)(m）2/（A）(s)31V(kg）（μm）2/(pA)(s)3電流AA1012pApA電荷C（A)（s）1012pC（pA)（s)導(dǎo)電率S/m（A）2（s）3/(kg)(m）3106pS/μm(pA）2(s)3/（kg）（μm）3電阻率Ωm(kg)（m）3/（A)2(s)310—6TΩμm（kg）(μm）3/(pA)2(s）3介電常數(shù)1F/m(A）2（s）4/(kg)（m）3106pF/μm（pA)2(s)2/(kg)(μm)3能量J(kg）(m)2/(s）21012pJ（kg）（μm)2/（s)2電容F(A)2（s)4/(kg)（m）21012pF(pA)2（s）4/(kg)(μm)2電場(chǎng)V/m（kg）（m)/(s)3(A）10-6V/μm(kg)（μm)/（s)3(pA）通量密度C/(m)2（A)（s）/(m）21pC/（μm)2（pA）（s)/（μm)2自由空間介電常數(shù)等于8。0854E—6pF/μm表5．MKS制到μMSVfA制電參數(shù)換算系數(shù)表電參數(shù)MKS制量綱乘數(shù)μMSVfA制量綱電壓V（kg)（m）2/(A)（s）31V（g)（μm）2/(fA)（s）3電流AA1015fAfA電荷C（A）（s)1015fC(fA）（s)導(dǎo)電率S/m（A）2（s）3/(kg）(m）3109fS/μm（fA）2(s）3/(g)（μm)3電阻率Ωm(Kg）（m)3/(A)2(s）310—9-—(g）(μm)3/(fA)2（s)3介電常數(shù)F/m（A）2（s)4/（kg）(m)3109fF/μm（fA)2（s）2/(g)（μm）3能量J(kg）（m)2/（s)21015fJ（g）(μm)2/(s)2電容F（A)2（s）4/(kg）(m）21015fF（fA)2（s)4/(g)(μm)2電場(chǎng)V/m（kg)（m)/（s)3(A)10-6V/μm（g）（μm)/（s)3(fA）通量密度C/(m)2（A)(s)/（m)2103fC/（μm)2（fA）(s）/(μm)2自由空間介電常數(shù)等于8。0854E—3fF/μm14.3。2加載荷和求解本步定義分析類型和選項(xiàng)、給模型加載、定義載荷步選項(xiàng)和開(kāi)始求解。14.3.2.1進(jìn)入求解處理器命令:/SOLUGUI：MainMenu>Solution14。3。2.2定義分析類型選擇下列方式之一：·GUI:選菜單路徑MainMenu〉Solution>NewAnalysis并選擇靜態(tài)分析·命令：ANTYPE,STATIC，NEW·如果你要重新開(kāi)始一個(gè)以前做過(guò)的分析（例如,分析附加載荷步),執(zhí)行命令A(yù)NTYPE，STATIC，REST。重啟動(dòng)分析的前提條件是：預(yù)先完成了一個(gè)靜電分析，且該預(yù)分析的Jobname。EMAT，Jobname.ESAV和Jobname。DB文件都存在.14。3。2.3定義分析選項(xiàng)可以選擇波前求解器（缺?。?、預(yù)條件共軛梯度求解器(PCG）、雅可比共軛梯度求解器（JCG）和不完全喬列斯基共軛梯度求解器（ICCG）之一進(jìn)行求解:命令：EQSLVGUI：MainMenu>Solution>AnalysisOptions如果選擇JCG求解器或者PCG求解器,還可以定義一個(gè)求解器誤差值，缺省為1。0-8。14.3。2。4加載靜電分析中的典型載荷類型有：14.3.2。4.1電壓(VOLT）該載荷是自由度約束，用以定義在模型邊界上的已知電壓:命令：DGUI：MainMenu〉Solution〉Loads〉-Loads-Apply>-Electric—Boundary〉—Voltage-14.3。2。4.2電荷密度（CHRG）命令：FGUI：MainMenu>Solution>Loads〉-Loads-Apply>—Electric-Excitation〉—Charge-OnNodes14。3.2。4。3面電荷密度(CHRGS）命令:SFGUI：MainMenu〉Solution〉Loads〉-Loads-Apply>-Electric—Excitation-SurfChrgDen—14。3.2。4.4Maxwell力標(biāo)志（MXWF）這并不是真實(shí)載荷，只是表示在該表面將計(jì)算靜電力分布，MXWF只是一個(gè)標(biāo)志。通常，MXWF定義在靠近“空氣-電介質(zhì)”交界面的空氣單元面上，ANSYS使用Maxwell應(yīng)力張量法計(jì)算力并存儲(chǔ)在空氣單元中，在通用后處理器中可以進(jìn)行處理。命令：FMAGBCGUI:MainMenu>Solution〉-Loads-Apply〉—Electric—Flag>—MaxwellSurf-option14.3.2。4.5無(wú)限面標(biāo)志（INF）這并不是真實(shí)載荷，只是表示無(wú)限單元的存在，INF僅僅是一個(gè)標(biāo)志。命令：SFGUI：MainMenu>Solution〉—Loads—Apply〉-Electric-Flag〉-InfiniteSurf-option分頁(yè)14.3。2。4.6體電荷密度（CHRGD）命令：BF,BFEGUI：MainMenu>Solution〉-Loads-Apply>-Electric-Excitation〉-ChargeDensity—option另外，還可以用命令BFL、BFL、BFV等命令分別把體電荷密度加到實(shí)體模型的線、面和體上。14。3.2.4。7定義載荷步選項(xiàng)對(duì)于靜電分析,可以用其它命令將載荷加到電流傳導(dǎo)分析模型中，也能控制輸出選項(xiàng)和載荷步選項(xiàng)，詳細(xì)信息可參見(jiàn)第16章“分析選項(xiàng)和求解方法”14。3。2.4。8保存數(shù)據(jù)庫(kù)備份使用ANSYS工具條的SAVE_DB按鈕來(lái)保存一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)備份。在需要的時(shí)候可以恢復(fù)模型數(shù)據(jù)：命令：RESUMEGUI：UtilityMenu〉Jobname。db14。3。2。4。9開(kāi)始求解命令:SOLVEGUI：MainMenu〉Solution>CurrentLS14.3.2.4。10結(jié)束求解命令：FINISHGUI：MainMenu>Finish14。3.3觀察結(jié)果ANSYS和ANSYS/Emag程序把靜電分析結(jié)果寫到結(jié)果文件Jobname。RST中，結(jié)果中包括如下數(shù)據(jù)：主數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)電壓(VOLT）導(dǎo)出數(shù)據(jù)：·節(jié)點(diǎn)和單元電場(chǎng)（EFX，EFY，EFZ，EFSUM）·節(jié)點(diǎn)電通量密度(DX，DY，DZ,DSUM)·節(jié)點(diǎn)靜電力（FMAG：分量X，Y，Z，SUM）·節(jié)點(diǎn)感生電流段（CSGX，CSGY，CSGZ）通常在POST1通用后處理器中觀察分析結(jié)果：命令：/POST1GUI：MainMenu>GeneralPostproc對(duì)于整個(gè)后處理功能的完整描述，見(jiàn)ANSYS基本分析過(guò)程指南.將所需結(jié)果讀入數(shù)據(jù)庫(kù)：命令：SET,，，,,TIMEGUI：UtilityMenu>List〉Results〉LoadStepSummary如果所定義的時(shí)間值處并沒(méi)有計(jì)算好的結(jié)果,ANSYS將在該時(shí)刻進(jìn)行線性插值計(jì)算.對(duì)于線單元（LINK68)，只能用以下方式得到導(dǎo)出結(jié)果:命令：ETABLEGUI：MainMenu>GeneralPostproc〉ElementTable〉DefineTable命令：PLETABGUI:MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>ElemTableMainMenu>GeneralPostproc>ElementTable〉PlotElemTable命令：PRETABGUI：MainMenu>GeneralPostproc>ListResults〉ListElemTableMainMenu>GeneralPostproc〉ElementTable〉ElemTableData繪制等值線圖：命令：PLESOL，PLNSOLGUI:MainMenu〉GeneralPostproc>PlotResults>ElementSolutionMainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>NodalSolu繪制矢量圖：命令:PLVECTGUI：MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>PredefinedMainMenu〉GeneralPostproc>PlotResults>UserDefined以表格的方式顯示數(shù)據(jù)：命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOLGUI：MainMenu>GeneralPostproc〉ListResults〉ElementSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults〉NodalSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSoluPOST1執(zhí)行許多其他后處理功能，包括按路徑和載荷條件的組合繪制結(jié)果圖。更詳細(xì)信息見(jiàn)ANSYS基本分析過(guò)程手冊(cè)。14.4多導(dǎo)體系統(tǒng)提取電容靜電場(chǎng)分析求解的一個(gè)主要參數(shù)就是電容。在多導(dǎo)體系統(tǒng)中,包括求解自電容和互電容,以便在電路模擬中能定義等效集總電容。CMATRIX宏命令能求得多導(dǎo)體系統(tǒng)自電容和互電容。詳見(jiàn)《ANSYS理論手冊(cè)》5.10節(jié).14.4。1對(duì)地電容和集總電容有限元仿真計(jì)算，可以提取帶（對(duì)地)電壓降導(dǎo)體由于電荷堆積形成的“對(duì)地”電容矩陣.下面敘述一個(gè)三導(dǎo)體系統(tǒng)（一個(gè)導(dǎo)體為地）。方程式中Q1和Q2為電極1和2上的電荷，U1和U2分別為電壓降。Q1=(Cg）11（U1)+（Cg)12（U2)Q2=（Cg）12(U1）+（Cg)22（U2)式中Cg稱作為“對(duì)地電容”矩陣。這些對(duì)地電容并不表示集總電容（常用于電路分析），因?yàn)樗鼈儾簧婕暗蕉€(gè)導(dǎo)體之間的電容.使用CMATRIX宏命令能把對(duì)地電容矩陣變換成集總電容矩陣，以便用于電路仿真。圖2描述了三導(dǎo)體系統(tǒng)的等效集總電容。下面二個(gè)方程描述了感應(yīng)電荷及電壓降之間形成的集總電容：Q1=(C1）11(U1）+（C1）12（U1-U2)Q2=（C1）12（U1—U2）+（C1)22（U2)式中C1稱為＂集總電容＂的電容矩陣.分頁(yè)14。4。2步驟CMATRIX宏命令將進(jìn)行多元模擬，可求得對(duì)地電容矩陣和集總電容矩陣值。為了便于CMATRIX宏命令使用，必須把導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)組成節(jié)點(diǎn)部件，而且不要加任何載荷到模型上（電壓、電荷、電荷密度等等）。導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)的部件名必須包括同樣的前綴名,后綴為數(shù)字，數(shù)字按照１到系統(tǒng)中所含導(dǎo)體數(shù)目進(jìn)行編號(hào)。最高編號(hào)必須為地導(dǎo)體(零電壓）。應(yīng)用CMATRIX宏命令步驟如下:1.建模和分網(wǎng)格。導(dǎo)體假定為完全導(dǎo)電體，故導(dǎo)電體區(qū)域內(nèi)部不需要進(jìn)行網(wǎng)格劃分，只需對(duì)周圍的電介質(zhì)區(qū)和空氣區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，節(jié)點(diǎn)部件用導(dǎo)體表面的節(jié)點(diǎn)表示.2.選擇每個(gè)導(dǎo)體面上的節(jié)點(diǎn)，組成節(jié)點(diǎn)部件。命令：CMGUI:UtilityMenu〉Select〉Comp/Assembly〉CreateComponent導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)的部件名必須包括同樣的前綴名，后綴為數(shù)字，數(shù)字按照１到系統(tǒng)中所含導(dǎo)體數(shù)目進(jìn)行編號(hào)。例如圖2中,用前綴“Cond"為三導(dǎo)體系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)部件命名，分別命名為為“Condl"、“Cond2”和“Cond3”，最后一個(gè)部件“Cond3”應(yīng)該為表示地的節(jié)點(diǎn)集。3.用下列方法之一，進(jìn)入求解過(guò)程：命令：SoluGUI：MainMenu〉Solution4.選擇方程求解器(建議用JCG）:命令：EQSLVGUI：MainMenu〉Solution〉A(chǔ)nalysisOptions5.執(zhí)行CMATRIX宏：命令：CMATRIXGUI：MainMenu>Solution〉Electromagnet>CapacMatrixCMATRIX宏要求下列輸入:·對(duì)稱系數(shù)（SYMFAC）:如果模型不對(duì)稱，對(duì)稱系數(shù)為1（缺?。?。如果你利用對(duì)稱只建一部分模型，乘以對(duì)稱系數(shù)得到正確電容值?！す?jié)點(diǎn)部件前綴名（Condname）。定義導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)部件名.上例中，前綴名為“Cond"。宏命令要求字符串前綴名用單引號(hào)。因此,本例輸入為’Cond’，在GUI菜單中，程序會(huì)自動(dòng)處理單引號(hào).·導(dǎo)體系統(tǒng)中總共的節(jié)點(diǎn)部件數(shù)（NUMCON），上例中，導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)部件總數(shù)為“3"?！さ鼗鶞?zhǔn)選項(xiàng)(GRNDKEY）。如果模型不包含開(kāi)放邊界，那么最高節(jié)點(diǎn)部件號(hào)表示“地”。在這種情況下，不需特殊處理,直接將“地”作為基準(zhǔn)設(shè)置為零（缺省狀態(tài)值).如果模型中包含開(kāi)放邊界（使用遠(yuǎn)場(chǎng)單元或Trefttz區(qū)域），而模型中無(wú)限遠(yuǎn)處又不能作為導(dǎo)體，那么可以將“地”選項(xiàng)設(shè)置為零（缺?。Ｔ谀承┣闆r下，必須把遠(yuǎn)場(chǎng)看作導(dǎo)體“地"(例如，在空氣中單個(gè)帶電荷球體，為了保持電荷平衡，要求無(wú)限遠(yuǎn)處作為“地”）。用INFIN111單元或Trefftz區(qū)域表示遠(yuǎn)場(chǎng)地時(shí)，把“地”選項(xiàng)設(shè)置為“1”·輸入貯存電容值矩陣的文件名（Capname)。宏命令貯存所計(jì)算的三維數(shù)組對(duì)地電容和集總電容矩陣值。其中“i”和“j”列代表導(dǎo)體編號(hào)，“k”列表示對(duì)地（k=1）或集總（k=2）項(xiàng).缺省名為CMATRIX。例如，CMATRIX（i,j,1)為對(duì)地項(xiàng),CMATRIX（i,j,2)為集總項(xiàng)。宏命令也建立包含矩陣的文本文件，其擴(kuò)展名為.TXT。注意：在使用CMATRIX命令前，不要施加非均勻加載。以下操作會(huì)造成非均勻加載:·在節(jié)點(diǎn)或者實(shí)體模型上施加非0自由度值的命令(D，DA,等)·在節(jié)點(diǎn)、單元或者實(shí)體模型定義非0值的命令(F，BF，BFE,BFA，等）·帶非0項(xiàng)的CE命令CMATRIX執(zhí)行一系列求解，計(jì)算二個(gè)導(dǎo)體之間自電容和互電容，求解結(jié)果貯存在結(jié)果文件中,可以便于后處理器中使用。執(zhí)行后，給出一個(gè)信息表。如果遠(yuǎn)場(chǎng)單元（INFIN110和INFIN111）共享一個(gè)導(dǎo)體邊界（例如地平面）,可以把地面和無(wú)限遠(yuǎn)邊界作為一個(gè)導(dǎo)體（只需要把地平面節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)節(jié)點(diǎn)部件)。下圖圖3描述了具有合理的NUMCOND和GRNDKEY選項(xiàng)設(shè)置值的各種開(kāi)放和閉合區(qū)域模型。后面有例題詳細(xì)介紹如何利用CMATRIX做電容計(jì)算.14.5開(kāi)放邊界的Trefftz方法模擬開(kāi)放區(qū)域的一種方法是利用遠(yuǎn)場(chǎng)單元（INFIN110和INFIN111)，另一種方法為混合有限元—Trefftz方法（稱作Trefftz方法）。Trefftz方法以邊界元方法的創(chuàng)立者名字命名。Trefftz方法使用及有限元類似的正定剛度矩陣高效處理開(kāi)放區(qū)域的邊界問(wèn)題。它可處理大縱橫比的復(fù)雜面幾何體，它很易生成Trefftz完整函數(shù)系統(tǒng)。對(duì)于處理靜電問(wèn)題中的開(kāi)放邊界條件是一種易用而精確的方法。Trefftz方法的理論分析參見(jiàn)《ANSYS理論手冊(cè)》。本手冊(cè)有“用Trefftz方法進(jìn)行靜電場(chǎng)分析"的例題.分頁(yè)14.5.1概述使用Trefftz方法需要建立一個(gè)Trefftz區(qū)域，Trefftz區(qū)域由下列部分組成：·在有限元區(qū)域內(nèi)的一個(gè)Trefftz源節(jié)點(diǎn)部件，但及有限元模型無(wú)關(guān)；·帶有標(biāo)記的有限元區(qū)域的外表面；·由Trefftz源節(jié)點(diǎn)部件和帶有標(biāo)記的有限元外表面共同創(chuàng)建的子結(jié)構(gòu)矩陣；·由子結(jié)構(gòu)定義的超單元；·連同子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一組約束方程；及遠(yuǎn)場(chǎng)單元法相比,Trefftz方法有許多優(yōu)點(diǎn),也有一些缺點(diǎn)。Trefftz方法有如下正面特征:·本方法形成對(duì)稱矩陣;·處理開(kāi)放邊界時(shí)，不存在理論上的限制；·不存在奇異積分；·未知數(shù)最少（20~100個(gè)未知量就可得到可靠結(jié)果）；·可用于大縱橫比邊界;·允許靈活的生成格林(Greens)函數(shù)；·利用Trefftz區(qū)域，可以在兩個(gè)無(wú)關(guān)聯(lián)的有限元區(qū)之間建立聯(lián)系；Tefftz方法及遠(yuǎn)場(chǎng)單元比較有如下優(yōu)點(diǎn);·通常具有更高的精確度；·遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)不要求建模和劃分單元;·可用于大縱橫比有限元區(qū)域，并且具有很好精度；·遠(yuǎn)場(chǎng)單元區(qū)不必按一般有限元要求的那樣，把有限元區(qū)擴(kuò)展到超出裝置模型區(qū)很多；Trefftz方法及遠(yuǎn)場(chǎng)單元比較有如下缺點(diǎn):·只能用于全對(duì)稱模型；·只對(duì)三維分析有效；·模型外表面單元只能是四面體單元；·要求定義有限元區(qū)內(nèi)Trefftz源節(jié)點(diǎn)部件，并生成子結(jié)構(gòu)和約束方程（當(dāng)然，這一過(guò)程是程序自動(dòng)完成）。Trefftz方法有如下限制:·Trefftz節(jié)點(diǎn)最大數(shù)為1000；·最高容許的節(jié)點(diǎn)號(hào)為1，000，000;·最高容許的外表面節(jié)點(diǎn)數(shù)為100,000；·外表面容許的最大單元面數(shù)（小平面）為100,000；Trefftz方法假設(shè)無(wú)限遠(yuǎn)處是0電位.因此，在處理具有不同電位的多電極系統(tǒng)時(shí)，使用本方法要注意建立不同的節(jié)點(diǎn)部件。當(dāng)然,對(duì)于使用CMATRIX命令宏來(lái)提取電容，程序已經(jīng)完全考慮,已經(jīng)把無(wú)限遠(yuǎn)處設(shè)成了0電位或者接近0電位。14。5。2步驟在3—D靜電分析中建立一個(gè)Trefftz區(qū)域，定義Trefftz區(qū)域按下列過(guò)程進(jìn)行：1）建立一個(gè)靜電區(qū)域的有限元模型(包括導(dǎo)體、介質(zhì)和四周空氣)。對(duì)有限模型加上全部必需的邊界條件（電壓、電荷、電荷密度等）2)對(duì)有限元區(qū)域的外表面加上標(biāo)志，作一個(gè)無(wú)限面來(lái)處理.加無(wú)限面標(biāo)志（INFLabel），使用如下方法：命令：SF，SFA，SFEGUI：MainMenu>Preprocessor>Loads〉-Loads—Apply>-Electric—Flag〉—InfiniteSurf-OnNodesMainMenu>Preprocessor〉Loads〉-Loads—Apply>-Electric—Flag〉-InfiniteSurf—OnAreasMainMenu〉Preprocessor〉Trefftz—Domain>InfiniteSurf—OnAreas3）建立Trefftz源節(jié)點(diǎn),源節(jié)點(diǎn)作為Trefftz區(qū)域的未知量。這些未知量表示Trefftz方法的源電荷，用CURR自由度計(jì)算且儲(chǔ)存Trefftz節(jié)點(diǎn)上的這些源電荷。如圖4“定義Trefftz的區(qū)域"中步驟3所示，應(yīng)在模型裝置及有限元區(qū)外表面之間設(shè)置Trefftz源節(jié)點(diǎn)。Trefftz源節(jié)點(diǎn)離模型裝置的距離應(yīng)該小于到有限元模型外表面的距離，這樣Trefftz方法計(jì)算所得的結(jié)果會(huì)更精確。Trefftz源節(jié)點(diǎn)離有限元模型外表面表面越遠(yuǎn)，得到的結(jié)果越精確.例如,X方向上，Trefftz節(jié)點(diǎn)正好包圍模型裝置（b/c〉1）,有限元外邊界設(shè)置到較遠(yuǎn)距離處(a/b>2）。對(duì)Y和Z方向應(yīng)用大致相同的規(guī)則。若Trefftz源節(jié)點(diǎn)不接近于裝置或在有限元區(qū)域表面上，會(huì)導(dǎo)致一個(gè)近似奇異解而產(chǎn)生不正確的結(jié)果。利用定義一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)模型體（如六面體、球、園柱體或它們的布爾運(yùn)算組合體等)，很容易地建立包圍模型裝置并在有限元區(qū)域內(nèi)的Trefftz節(jié)點(diǎn)。但是它應(yīng)該在有限元外表面的內(nèi)部，如圖4所示.一旦定義了簡(jiǎn)單模型體，可以采用下列方法之一把簡(jiǎn)單實(shí)模型劃分網(wǎng)格并建立Trefftz節(jié)點(diǎn)：命令:TZAMESHGUI：MainMenu>Preprocessor>TrefftzDomain〉MeshTZGeometry用TZAMESH命令對(duì)體表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后刪除非求解單元，只留下Trefftz節(jié)點(diǎn).它把Trefftz節(jié)點(diǎn)組成命名為TZ-NOD的節(jié)點(diǎn)部件，以備在Trefftz子結(jié)構(gòu)生成中調(diào)用。Trefftz方法只要求很少的源節(jié)點(diǎn)。缺省時(shí)，TZAMESH命令把簡(jiǎn)單實(shí)模型體各邊分成二段。對(duì)大縱橫比幾何體,可按規(guī)定的長(zhǎng)度劃分實(shí)體。這二種選項(xiàng)在TZAMESH命令中都有效。它會(huì)提供很多Trefftz節(jié)點(diǎn)，但是并不是節(jié)點(diǎn)越多精度越高。精度也受外表面單元數(shù)和Trefftz源項(xiàng)近似的影響。一般例題將不超過(guò)20到100Trefftz節(jié)點(diǎn)。利用下列方法，可刪除Trefftz節(jié)點(diǎn)：命令：CMSEL,,TZ_NODNDELE,ALLCMDELE，TZ_NODGUI：MainMenu〉Preprocessor〉TrefftzDomain>DeleteTZNodes4）建立Trefftz子結(jié)構(gòu)、超單元、和約束方程。Trefftz方法使用有限元模型的外表面和Trefftz節(jié)點(diǎn)建立子結(jié)構(gòu)矩陣。用MATRIX50超單元將該矩陣組合到模型中.另外，需要一組約束方程來(lái)完善Trefftz區(qū)域.利用TZEGEN宏命令，可自動(dòng)完成建立子結(jié)構(gòu)、用超單元組合到模型、定義約束方程等過(guò)程.建立子結(jié)構(gòu)并使其以超單元的方式組合到模型中，用下列方式：命令：TZEGENGUI：MainMenu〉Preprocessor〉TrefftzDomain>-Superelement—GenerateTZTZEGEN命令也自動(dòng)定約束方程。一旦建立了Trefftz區(qū)域，就可利用標(biāo)準(zhǔn)求解步驟來(lái)解題。如果分網(wǎng)面上的單元發(fā)生了變動(dòng)或要建立一個(gè)新的Trefftz區(qū)域，則已定義的Trefftz區(qū)域應(yīng)被刪除.在求解模型內(nèi)只能同時(shí)存在一個(gè)Trefftz區(qū)域.采用下列方法可刪除Trefftz超單元、相應(yīng)的約束方程和全部Trefftz文件：命令：TZDELEGUI：MainMenu>Preprocessor>TrefftzDomain〉—Superelement—DeleteTZTZDELE命令刪除在生成超單元過(guò)程中產(chǎn)生的全部Trefftz文件，包括如下文件:·Jobname.TZN——Trefftz源節(jié)點(diǎn)·Jobname。TZE—-在有限元邊界上的Trefftz表面·Jobname.TZX——在有限元邊界上表面節(jié)點(diǎn)·Jobname.TZM-—Trefftz材料文件詳見(jiàn)本手冊(cè)例題“用Trefftz方法進(jìn)行靜電分析（命令方法)”分頁(yè)

14。6用h方法進(jìn)行靜電場(chǎng)分析的實(shí)例(GUI方式)14.6。1問(wèn)題描述本節(jié)描述如何做一個(gè)屏蔽微帶傳輸線的靜電分析，該傳輸線是由基片、微帶和屏蔽組成。微帶電勢(shì)為V1，屏蔽的電勢(shì)為V0，確定傳輸線的電容。該算例的描述見(jiàn)下圖。材料和幾何參數(shù)14。6.2分析方法及建模提示通過(guò)能量和電位差的關(guān)系可以求得電容：We=1/2C(V1—V0)2，We是靜電場(chǎng)能量，C為電容。在后處理器中對(duì)所有單元能量求和可以獲得靜電場(chǎng)的能量.后處理器中還可以畫等位線和電場(chǎng)矢量圖等。14.6。3目標(biāo)結(jié)果目標(biāo)電容，pF/m178。1步驟1：開(kāi)始1.進(jìn)入ANSYS程序。2.選擇菜單路徑UtilityMenu〉Title.3.輸入"Microstriptransmissionlineanalysis."4.點(diǎn)擊OK。5.選擇MainMenu>Preferences。6。點(diǎn)擊Magnetic—Nodal和Electric.7。點(diǎn)擊OK.步驟2：定義參數(shù)1。選擇UtilityMenu〉Parameters>ScalarParameters。2.輸入下列參數(shù)，若發(fā)生輸入錯(cuò)誤，重新輸入即可V1=1。5V0=0.53.點(diǎn)擊Close步驟3:定義單元類型1。選擇MainMenu>Preprocessor〉ElementType>Add/Edit/Delete.2。點(diǎn)擊Add.3.點(diǎn)擊高亮度的"Electrostatic”和”2DQuad121."4。點(diǎn)擊OK.5.點(diǎn)擊Close。步驟4：定義材料屬性1。選擇MainMenu〉Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels。2。在材料窗口,依次雙擊以下選項(xiàng)：Electromagnetics，RelativePermittivity,Constant3.MURX(Relativepermeability）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.選擇菜單路徑Edit〉Copy.點(diǎn)擊OK。把材料1拷貝到材料2。5。在材料框中，雙擊2號(hào)材料和Permittivity（constant).6．在PERX區(qū)域輸入10，點(diǎn)擊OK.7．選擇菜單路徑Material〉Exit8．點(diǎn)擊SAVE_DBontheANSYSToolbar。步驟5:建立幾何模型和壓縮編號(hào)1.選擇MainMenu〉Preprocessor〉—Modeling—Create〉—Areas—Rectangle〉ByDimensions.2.輸入下列值(用TAB鍵，在輸入?yún)^(qū)域間切換）X1域0X2域.5Y1域0Y2域13。點(diǎn)擊Apply。4。創(chuàng)建第2個(gè)矩形，輸入下列值:X1域。5X2域5Y1域0Y2域15.點(diǎn)擊Apply。6。創(chuàng)建第3個(gè)矩形，輸入下列值：X1域0X2域.5Y1域17。點(diǎn)擊Apply.8。創(chuàng)建第4個(gè)矩形，輸入下列值:X1域.5X2域5Y1域1Y2域109。點(diǎn)擊OK。10。粘接所有面，選擇MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Operate〉-Booleans-Glue〉A(chǔ)reas。11.點(diǎn)擊PickAll.12.選擇MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>CompressNumbers.13.設(shè)置”Itemtobecompressed”為"Areas。”14。點(diǎn)擊OK。分頁(yè)步驟6:為模型各個(gè)部分指定屬性為網(wǎng)格劃分作準(zhǔn)備1.選擇UtilityMenu〉Select〉Entities.2。把頂端的選項(xiàng)按鈕由”Nodes”設(shè)置為”Areas.".3。把緊接著的選項(xiàng)按鈕設(shè)置為"ByNum/Pick."4.點(diǎn)擊OK。5。通過(guò)點(diǎn)擊,選取面1和2.（面1和2在圖形窗口的底部)被選中的面會(huì)改變顏色。6.點(diǎn)擊OK.7。選擇MainMenu〉Preprocessor>—Attributes-define>PickedAreas.點(diǎn)擊PickAll.8。設(shè)置”Materialnumber"為2。9.點(diǎn)擊OK.10.選擇UtilityMenu>Select>Entities。11。確認(rèn)兩個(gè)按鈕為”Areas"和”ByNum/Pick.”12。點(diǎn)擊SeleAll，點(diǎn)擊OK.13。點(diǎn)擊PickAll.14。選擇UtilityMenu〉Select>Entities。15。把頂部按鈕設(shè)置為"Lines."16。把底部按鈕設(shè)置為"ByLocation?！?7。點(diǎn)擊YCoordinates.18。在”Min，Max”區(qū)域,輸入1。19.點(diǎn)擊Apply。20。點(diǎn)擊Reselect和XCoordinates按鈕21.在"Min,Max”區(qū)域，輸入.25.22。點(diǎn)擊OK。.步驟7：劃分模型1.選擇MainMenu>Preprocessor>-Meshing-SizeCntrls〉—Lines-AllLines。2.在"No.ofelementdivisions”區(qū)域,輸入8.3.點(diǎn)擊OK.4.選擇UtilityMenu>Select〉Entities。5。確認(rèn)頂部按鈕設(shè)置為"Lines?！?.設(shè)置下面的按鈕為"ByNum/Pick.”7.點(diǎn)擊FromFull。8。點(diǎn)擊SeleAll,點(diǎn)擊OK。9。點(diǎn)擊PickAll.10.選擇MainMenu〉Preprocessor〉MeshTool.11。點(diǎn)擊SmartSize按鈕.12.將SmartSizing滑塊移動(dòng)到3。13.確認(rèn)Mesh對(duì)象設(shè)置為”Areas。"14。點(diǎn)擊shape：Tri按鈕.15.點(diǎn)擊MESH按鈕.16.點(diǎn)擊PickAll。17.點(diǎn)擊Close步驟8:施加邊界條件和載荷1.選擇UtilityMenu〉Select〉Entities。2.設(shè)置頂部按鈕為"Nodes.”3.設(shè)置下面的按鈕為”ByLocation。”4。點(diǎn)擊YCoordinates和FromFull按鈕.5.在"Min，Max”區(qū)域，輸入1.6.點(diǎn)擊Apply。7.點(diǎn)擊XCoordinates和Reselect按鈕.8.在"Min,Max”區(qū)域,輸入0，。5.9.點(diǎn)擊OK.10.選擇MainMenu>Preprocessor>Loads>—Loads-Apply>-Electric-Boundary>—Voltage-OnNodes。11.點(diǎn)擊PickAll。12。在"Valueofvoltage（VOLT)”區(qū)域，輸入V1。13.點(diǎn)擊OK。14。選擇UtilityMenu〉Select>Entities.15.確認(rèn)上面的兩個(gè)按鈕設(shè)置為"Nodes”和”ByLocation."16。點(diǎn)擊YCoordinates和FromFull按鈕.17.在”Min,Max"區(qū)域，輸入0.18.點(diǎn)擊Apply.19.點(diǎn)擊AlsoSele按鈕。20。在"Min，Max”區(qū)域,輸入10.21.點(diǎn)擊Apply。22。點(diǎn)擊XCoordinates按鈕。23.在”Min，Max”區(qū)域,輸入5.24.點(diǎn)擊OK.25.選擇MainMenu>Preprocessor〉Loads〉—Loads—Apply>—Electric—Boundary〉—Voltage-OnNodes.26。點(diǎn)擊PickAll。27.在”Valueofvoltage（VOLT)"區(qū)域,輸入V0.28.點(diǎn)擊OK.步驟9:對(duì)面進(jìn)行縮放1.選擇UtilityMenu>Select〉Entities。2.確認(rèn)頂部的按鈕設(shè)置為”Nodes,"下面的按鈕設(shè)置為"ByNum/Pick,”和”FromFull”。3.點(diǎn)擊SeleAll按鈕，點(diǎn)擊OK。點(diǎn)擊PickAll.4。選擇MainMenu>Preprocessor>—Modeling—Operate〉Scale〉A(chǔ)reas。5.點(diǎn)擊PickAll.6。在”RX，RY，RZScaleFactors”區(qū)域，輸入下列值:RXfield.01RYfield.01RZfield07.在”Itemstobescaled”區(qū)域，設(shè)置按鈕為”Areasandmesh."8.在"Existingareaswillbe"區(qū)域，設(shè)置按鈕為”Moved。"9。點(diǎn)擊OK.10。選擇MainMenu>Finish。分頁(yè)步驟10：求解1.選擇MainMenu>Solution〉—Solve—CurrentLS。2。點(diǎn)擊Close.3.點(diǎn)擊OK開(kāi)始求解.求解后要彈出一個(gè)提示信息，點(diǎn)擊Close。4.選擇MainMenu>Finish。步驟11：存儲(chǔ)分析結(jié)果1.選擇MainMenu〉GeneralPostproc>ElementTable>defineTable。2。點(diǎn)擊Add。3。在"Userlabelforitem”區(qū)域,輸入SENE。4。在”Resultsdataitem"區(qū)域，點(diǎn)亮"Energy"（當(dāng)左邊的”Energy”顯示為高亮度時(shí)，右邊的”ElecenergySENE"自動(dòng)顯示為高亮度）5.點(diǎn)擊OK.6.點(diǎn)擊Add。7。在"Userlabelforitem"區(qū)域，輸入EFX.8.在”Resultsdataitem"區(qū)域,點(diǎn)亮"Flux＆gradient”和”ElecfieldEFX."。9。點(diǎn)擊OK。10。點(diǎn)擊Add.11.在”Userlabelforitem"區(qū)域，輸入EFY。12.在"Resultsdataitem"區(qū)域，點(diǎn)亮"Flux&gradient”和”ElecfieldEFY?！薄?3。點(diǎn)擊OK。14.點(diǎn)擊Close15。點(diǎn)擊SAVE_DB步驟12:畫結(jié)果圖1。選擇UtilityMenu>PlotCtrls〉Numbering.2。設(shè)置"Numberingshownwith”區(qū)域?yàn)椤盋olorsonly."3。點(diǎn)擊OK.4.選擇MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults〉—ContourPlot-NodalSolu。5。在”Itemtobecontoured"區(qū)域，點(diǎn)亮"DOFsolution"和"ElecpotenVOLT."。6.點(diǎn)擊OK。7。選擇MainMenu>GeneralPostproc〉PlotResults>—VectorPlot—User—defined。8.在"Item"區(qū)域，輸入EFX.9.在”Lab2”區(qū)域，輸入EFY.10.點(diǎn)擊OK。步驟13:進(jìn)行電容計(jì)算1。選擇MainMenu>GeneralPostproc〉ElementTable>SumofEachItem。2.點(diǎn)擊OK.一個(gè)彈出窗口會(huì)顯式所有單元表及其值。3。點(diǎn)擊Close4.選擇UtilityMenu〉Parameters〉GetScalarData.5。在”Typeofdatatoberetrieved"區(qū)域，點(diǎn)亮”Resultsdata”和"Elemtablesums。"6.點(diǎn)擊OK。彈出的對(duì)話框顯式求和的單元表值。7.在”Nameofparametertobedefined，”區(qū)域,輸入W.8。設(shè)置"Elementtableitem"區(qū)域?yàn)?SENE?！?.點(diǎn)擊OK.10。選擇UtilityMenu〉Parameters〉ScalarParameters。11。輸入下列值：C=(w＊2）/（（V1—V0)**2)C=((C*2）＊1e12)12.點(diǎn)擊Close。13.選擇UtilityMenu〉List〉Status>Parameters〉NamedParameter。14。在"Nameofparameter"區(qū)域，點(diǎn)亮C.15。點(diǎn)擊OK.彈出窗口顯式C的值.16。點(diǎn)擊Close關(guān)閉彈出窗口.分頁(yè)步驟14