ansys电磁场分析指南-第二章2-d静态磁场分析(编辑修改稿)

ansys电磁场分析指南-第二章2-d静态磁场分析(编辑修改稿)内容摘要：

MP,rsvx GUI: Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models ElectromagicsResistivityIsotropic 绞线圈是按＂Ｎ＂形缠绕的单股连续型线圈，如下图图 5所示。 对这样的线圈要定义各向同性（且只能是各向同性）电阻值。 载压绞线圈只能用 PLANE53 单元来建模，还需要定义下列实常数 : CARE 线圈横截面积。 无论对称性如何，此常数代表绞线型线圈的实际物理面积。 TURN 线圈总匝数。 无论对称性如何，此常数代表绞线型线圈的实际总匝数。 LENG Z方 向上线圈长度。 在 2D平面分析中，此常数代表线圈的实际长度。 DIRZ 电流方向，详见单元手册对 PLANE53 的描述。 FILL 线圈填充因子。 此常数代表线圈组在线圈横截面积中所占的比例，它影响 线圈的电阻值（还可以用它来 “ 调正 ” 线圈电阻值）。 建模，分网，指定特性 建模过程可参照《 ANSYS 建模和分网指南 》，然后在模型各个区域内指定特性（单元类型、选项、单元坐标系、实常数和材料性质等，参见 “ （－）建立物理环境 ” 部分。 通过 GUI 为模型中的各区赋予特性： 1. 选择 Main MenuPreprocessorAttributesDefinePicked Areas 2. 点击模型中要选定的区域。 3. 在对话框中为所选定的区域说明材料号、实常数号、单元类型号和单元坐标系号。 4. 重复这些步骤，直至处理完所有区域。 通过命令为模型中的各区赋予特性： ASEL（选择模型区域） MAT（说明材料号） REAL（说明实常数组号） TYPE（指定单元类型号） ESYS（说明单元坐标系号） 指定完毕各区域特性后，就可划分有限元网格了，详见《 ANSYS 建模和分网指南》。 施加边界条件和载荷 既可以给实体模型（关键点、线、面）也可以给有限元模型（节点和单元）施加边界条件和载荷，在求解时， ANSYS 程序自动将加到实体模型上载荷转递到有限元模型上。 通过一系列级联菜单，可以实现所有的加载操作。 当选择 Main Menu Solution － Loads－ Apply － Magic－时， ANSYS 程序将列出所有的边界条件和三种载荷类型。 然后选择合理的类型和合理的边界条件或载荷。 对于一个 2－ D 静态分析，能选择的边界条件和载荷如下： Boundary Excitation Flag Other Vector Poten Curr Density Comp. Force Curr Segment On Keypoints On Keypoints Infinite Surf On Keypoints On Nodes On Nodes On Lines On Nodes Flux Parl On Elements On Areas Maxwell Surf On Lines Voltage Drop On Nodes On Lines On Nodes On Areas Flux Normal On Nodes On Lines Virtual Disp On Nodes On Keypoints Periodic BCs On Nodes 例如，施加电流密度到单元上， GUI 路 径如下： GUI： Main MenuPreprocessorLoadsApplyMagic ExcitationCurr Density On Elements 在菜单上你可以见到列出的其他载荷类型或载荷，假如它们呈灰色，就意味着在 2D静态分析中不能加该载荷，或该单元类型的 KEYOPT 选项设置不合适。 另外，也可以通过 ANSYS 命令来输入载荷。 要列出已存在的载荷，方式如下 : GUI: Utility MenuListLoadsload type 下面将详细描述 可以施加的各种载荷： 边界条件 磁矢量位 (AZ) 通过指定磁矢量位，可以定义磁力线平行、远场、周期性边界、以及外部强加磁场等条件。 下表列出了每种边界条件需要的 AZ值： 边界条件 AZ值 磁力线垂直 不需要（自然边界条件，自然满足） 磁力线平行 说明 AZ=0，用 D 命令或 GUI路径 Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagicBoundaryVector PotenFlux Par’l On Lines or On Nodes 远场 用远场单元 INFIN9（只用于平面分析）和 INFIN110 周期性 用 PERBC2D 宏在节点上创建奇对称或偶对称周期性边界条件，或用 GUI路径 Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagicBoundary Vector PotenPeriodic BCs。 外部强加磁令 AZ等于一非零值。 用 GUI路径 Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagicBoundaryVector PotenFlux Par’l On Lines/On Nodes 场 磁力线平行边界条件强制磁力线平行于表面。 磁力线垂直边界条件强制磁力线垂直于表面，是自然边界条件，自然得到满足。 使用远场单元 INFIN9 和 INFIN110 来表示模型的无限边界时，无需说明远场为零边界条件。 如果模型具有周期性，或者通量的特性具有重复性，可用 PERBC2D 宏命令来定义周期性边界条件。 对于外部强加磁场，直接在合适的区域施加非 0的 AZ 值就行了。 加励磁载荷 源电流密度 (JS) 此载荷给源导体加电流，在国际单位制中 JS的单位为安培／米 2。 在 2D分析中，只有 JS的 Z分量是有效的，在平面分析中正值表示电流向 +Z方向，在轴对称分析中正值表示电流向 Z 方向。 对绞线圈或块导体来说，电流一般是均匀分布的．通常直接将源电流密度载荷加给单元。 命令： BFE GUI: Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagicExcitationCurr DensityOn Elements 详细情况参见《 ANSYS 命令手册》。 同样， 也可以用 BFA 命令把源电流密度施加到实体模型上。 用 BFTRAN 或SBCTRAN 命令，把施加到实体模型上的源电流密度转换到有限元单元模型上。 电压降 (VLTG) 此载荷给绞线圈加电压降，只能用 MKS单位制。 只有对使用了 AZ 和 CURR 自由度的 PLANE53 单元（参见 PLANE53 单元的 KEYOPT(1)选项）才能使用电压降（ VLTG）载荷。 电压降可使用 BFE 命令加在单元上，也可以用 BFA 命令加在实体模型的某些面上。 用 BFTRAN 或 SBCTRAN 命令，把施加到实体模型上的电压降（ VLTG）载荷转换 到有限元单元模型上。 因为 CURR 表示线圈每匝的电流，而线圈中的电流值是唯一的，所以加载前必须将线圈所有节点的 CURR 自由度耦合起来（否则将导致求解错误）。 用下列方式进行： 命令： CP GUI:Main MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFs 施加标志 力标志 用 FMAGBC 宏对需要进行力和力矩计算的部件施加标志，该宏自动施加虚位移和 Maxwell 面标志（后面介绍）。 建模时，在需要进行力和力矩计算的部件周围，至少要包围一层 空气单元。 对需要进行力和位移计算的部件的单元命名为一个元件 (Component)，再按下列方式使用 FMAGBC 宏： 命令： FMAGBC,Cnam GUI： Main MenuPreprocessorLoadsLoadsApplyMagicFlagComp. Force/Torq 在后处理器中使用 FMAGBC 和 TORQSUM 宏命令，就可以列出力和力矩的结果。 无限表面标志 (INF) 这不算真实意义的加载，是有限元方法计算开域问题时，加给无限元（代表物理模型最边缘的 单元）的标志。 其他加载 电流段 (CSGX) 该载荷是一种节点电流载荷，不常使用。 在轴对称分析中的电流段为 2pr*电流。 在 MKS单位制中电流段的单位是安培－米。 电流方向沿 Z方向，与自由度 AZ保持一致。 比如，可以用多个电流段表示一个片状电流。 关于在节点上分布式加载的详细讨论参见《 ANSYS 建模与分网指南》。 Maxwell 面 (MXWF) Maxwell 面不是真正意义上的载荷，它只是表明在这个表面要进行磁场力分布的计算。 在 flag 选项中选择 MXWF 就行了。 通常，把 Maxwell 面标志施加在邻近分界面的空气单元上。 ANSYS 用 Maxwell应力张量方法计算铁区－空气分界面上的力，并将结果存储到这些空气单元中。 在 POST1 后处理器中对它们求和，可以得到作用到该部分上的合力，并可将这些分布力转换到后续的结构分析中。 可以同时定义多个元件，但这些元件不能共用空气单元。 (比如在两个部件间只建了一层单元，就会发生共用。 ) 磁虚位移 (MVDI) 磁虚位移标志也不是真正意义上的载荷，它只表示给模型中要计算力的部件施加标志。 和 Maxwell 面的作用相同，只不过 用的是虚功方法。 在感兴趣区的所有节点上说明 MVDI=，在邻近的空气区节点上说明MVDI=(缺省设置 )。 也可以说明 MVDI，但是通常不用。 计算得到的力结果就贮存在邻近的空气单元中。 邻近的感兴趣区域的空气单元带最好是等厚度的。 在 POST1 中，可以将每个空气单元中的力进行求和以得到合力。 求解 下面描述进行 2D静态磁场分析求解的基本过程。 定义分析类型 在定义分析类型和分析将用的方程求解器前，要先进入 SOULUTION 求解器。 命令： /SOLU GUI:Main MenuSolution 说明分析类型，用下列方式： GUI ：选择 Main MenuSolutionNew Analysis 并选择 static。 如果是新的分析，使用命令 AN。