ansys电磁场分析指南-第十五章静电场分析(p方法)(编辑修改稿)

ansys电磁场分析指南-第十五章静电场分析(p方法)(编辑修改稿)内容摘要：

果对一条边上三节点或一个单元面上全部节点写 VOLT 约束方程，则可写任一中间节点与任一其他中间节点的 VOLT 约束方程。 如下图所示，不可只写关于中间节点的约束方程 之所以有上述限制，是因为在 P 方法静电分析中，角节点的 VOLT 自由度表示该节点的电势，而中间节点 VOLT 自由度是二阶分层边界模态值。 遵循这些限制，在所定义约束方程的边或面上，就能得到二阶（ P=2）的电位解。 加载和求解 在本节中，将按下列步骤对模型求解： 1. 进入求解 命令： /SOLU GUI： Main MenuSolution 2. 定义分析选项 求解 P 方法所生成的联立方程组时，可选择三种选项中任一种。 这些求解器在 “ANSYS 基本分析过程指南 ” 中有详细讨论。 波前求解器 雅可比共轭梯度求解器（ JCG）（推荐使用） 非完全 Cholesky 共轭梯度求解器（ ICCG） 预条件共轭梯度求解器（ PCG） 利用下列方法之一，指定方程求解器： 命令： EQSLV GUI： Main MenuSolutionAnalysis Options 对于许多 3D实体模型和很大的 2D 模型（自由度 40,000）的 P 单元分析，通常推荐使用 JCG 求解器， JCG求解器通常快于波前法。 在某些情况下，例如，当单元具有很大的长宽比或材料不连续时， PCG 求解器需要经过更多的迭代后才收敛。 利用 EQSLV 命令中 MULT 选项增加最大的选代次数，这选项仅对 PCG求解器有效。 3. 加载 除惯性载荷（重力、旋转速度等）外，载荷可以加到实体模型上（关键点、线、面等）或有限元模型上（节点和单元）。 “ANSYS 基本分析 过程指导手册 ” 对加载有详细描述。 适用于 P方法的载荷 本手册静电场分析一章中描述了适用于静电分析的载荷，包括与每种载荷有关的命令。 电位（ VOLT）为自由度约束，通常加在接地面、导体、或远场边界。 也可以用于描述对称边界条件。 加于单元边或面所有节点的电位边界条件同时也约束了沿该边或面的高阶电位变化。 电位不能只加在中间节点上，但可只加在角节点上。 电荷（ CHRG）是点载荷，这种载荷通常只能加在角节点上。 注意： 必须遵守下列注意事项： 加单点电荷时要小心，因为它们会引起场奇异。 如果施加了类似载荷，则与所加载 荷节点相连的单元将不作收敛计算。 详见下面的 “ 考虑奇异 ”。 不要把电荷加在中间节点上。 只能把电载荷加在角节点上。 面电荷密度 （ CHRGS）是面载荷，通常加在体的外表面。 体电荷密度 （ CHRGD）是体载荷，通常加到单元上。 Maxwell 面标志 （ MXWF）表示要计算该面的力，通常标志在与导体或机械结构相邻的空气单元表面。 标志了面的单元将计算和贮存表面力，在后处理中能观察这些力或者自动转换到结构分析中（导体或机械结构应力分析）。 在自适应过程中体上 “ 全局 ” 力也可用作重要判据。 可用 SF 系列命令加面力标志，记住要把 这些标志加在与导体或机械结构相邻的空气单元表面上。 在纯静电场模型中，这些导体实际上不用单元表示（不划单元），所以面标志直接加在面上。 在多物理分析中，可以用 “ 零 ” 单元类型（ ET， O）把导体区域划分单元，它们在静电场计算中不起作用。 在这种情况下，可以把导体单元组合成单元部件（ CM 命令），并在此部件上加 Maxwell 面标志，这用 FMAGBC 宏命令完成。 静电 P 单元输出力只与低阶和高阶结构 h 单元兼容。 用 LDREAD 命令可将静电场分析得到的力转换到结构分析中。 对于 SOLID127 和 SOLID128 单元，用 KEYOPT（ 7）选项来描述对于低阶或高阶结构单元进行力的计算。 结构 P 单元（ SOLID147 和 SOLID148）并不支持静电一结构耦合计算。 温度 （ TEMP）用来研究与介电常数有关的温度效应，可以从热分析中读取温度或者直接在节点或实体模型关键点上赋予温度。 如下过程可以从热分析中得到温度： 划分 P单元模型 把 P 单元类型转换为下面热单元类型： SOLID128 → SOLID90 和 SOLID127 → SOLID87 进行热分析 把热单元类型再变回到 P 单元类型以进行 P 方法静电场分析。 分析的其余步骤与 h 单元 进行的步骤相同（见 “ANSYS 热分析指南 ” ）。 4. 定义载荷步选项 对于 P 方法分析求解，下面求解选项有效： 指定收敛标准 规定 P阶次控制 考虑奇异 如本节前面所述， P方法分析进行一系列迭代或 P循环，并校核每次的收敛情况。 PPRANGE命令描述模型全局 P 阶次的变化范围（ 2 到 8 之间）。 分析在 P=2 处开始，每个单元都必须针对已建立的收敛标准 [PCONV]进行结果检查。 如果解在要求的误差范围内 [PEMOPT]，则该单元的 P 阶次 =2。 如这些单元不能在确定误差范围内收敛，则将它们的 P阶次增加，然后再进行求解（迭 代）。 在每次迭代时，校核收敛标准（能量、电位、电场、总体力等等）。 如果收敛，结束求解。 如果单元解收敛，则它们的 P阶次保持在当前的 P 阶次上。 这过程一直进行到全部收敛标准满足或达到了最大的 P 范围为止。 定义收敛标准 收敛标准可以是总体的（能量或 MAXWELL 面力）或局部的。 当要求解电容时，总体能量是一个很好的收敛标准。 在体上的静电力（ MAXWELL 力）也可收作为收敛标准。 全部标志面上力求和以获得总体力，用来作为一个收敛标准。 当使用总体力（ EFORC）标准时要特别注意，因为标志面上的力要全部求和，故只能有单个体 被标志。 否则，对于多个被标志的体，总力可能无意义（或者其和可能为零）。 如果对模型中某点的结果特别有兴趣，则应该用局部收敛标准。 利用该选项来指定模型中哪些面可用来进行收敛监视、以及用什么收敛标准。 通常，应选择几个感兴趣的点（节点），在这些节点上规定收敛标准（电位、电场等等）。 一般地，缺省收敛容差（ 5%）对一般结果是足够了。 如果要求更精确的结果，可减小该容差值。 对于设计研究或优化分析，较低的容差可以大大减少计算时间。 利用下列方法之一，设置 P 方法求解收敛值： 命令： PCONV GUI： Main MenuPreprocessorLoadsLoad Step OptspMethodConvergence Crit 注意： 因有奇异性，不要在节点上定义电场或通量密度收敛标准。 由于奇异，这些位置的解将不会收敛。 在材料不连续部位指定收敛标准尤其需要注意，在这种情况下，收敛标准只能加到横跨材料界面的连续部件上。 提示： 当选择定义收敛标准的位置时，应集中注意高电场区域或最高电位点。