ANSYS电磁场分析指南 第六章 3-D静态磁场分析(棱边元方法
ANSYS电磁场分析指南 第六章 3-D静态磁场分析(棱边元方法
第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法）6.1何时使用棱边元方法在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位A来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可通过使用棱边元方法予以消除。
这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。
在大多数实际3-D 分析中，推荐使用这种方法。
在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。
另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。
用棱边元方法分析的典型使用情况有：·电机·变压器·感应加热·螺线管电磁铁·强场磁体·非破坏性试验·磁搅动·电解装置·粒子加速器·医疗和地球物理仪器《ANSYS理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。
这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法型函数的信息。
对于ANSYS的SOLID117棱边单元，自由度是矢量位A沿单元边切向分量的积分。
物理解释为：沿闭合环路对边自由度（通量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。
正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。
磁通量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。
在ANSYS中，AZ表示边通量自由度，它在MKS单位制中的单位是韦伯（Volt·Secs），SOLID117是20节点六面体单元，它的12个边节点（每条边的中间节点）上持有边通量自由度AZ。
单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。
在动态问题中，8个角节点上持有时间积分电势自由度VOLT。
ANSYS程序可用棱边元方法分析3-D静态、谐波和瞬态磁场问题。
（实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同），具体参见第7章，第8章。
6.2单元边方法中用到的单元表 1三维实体单元6.3物理模型区域的特性与设置对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。
ANSYS电磁场分析报告指南设计
ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章 2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
ANSYS磁力轴承三维电磁场分析教程
外圈空气场
转子内空气场
体迭代
压缩体积编号
赋材料类型，划分网格
7.加边界条件和载荷
Utility menu>select>comp/assembly>create component
创建局部坐标系 utility menu-workplane-local coordinate System-create local cs-at specified loc
移动工作平面
utility menu-workplane-Align wp with-specified coord Sys
建立线圈
显示线圈Utility menu-plotctrls-styቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe-size and shape
Utility menu-plot-element
/SOLU D,2,MAG,0 !SOLVE ALLSEL,ALL MAGSOLV,3,,,,,1 FINISH
ANSYS电磁场分析教程
方思源
静态磁场分析分以下五个步骤： 1.创建物理环境 2.建立模型，划分网格，对模型的 不同区域赋予特性 3.加边界条件和载荷（激磁） 4.求解 5.后处理（查看计算结果）
1.过滤图形界面
2.定义工作标题
3.定义单元类型和选项
4.定义材料属性
TB,BH,1,,15 ! 定子上硅钢片的的B-H曲线 TBPT,,40 ,0.5 TBPT,,48,0.6 TB,BH,2,,13 !指定轴上工业纯铁的B-H曲线 TBPT,,56,0.7 TBPT,,200,0.4 TBPT,,67,0.8 TBPT,,220,0.5 TBPT,,80,0.9 TBPT,,260,0.6 TBPT,,100,1 TBPT,,290,0.7 TBPT,,125,1.1 TBPT,,300,0.8 TBPT,,172,1.2 TBPT,,400,1 MP,MURX,3,1 !指定气隙的材料类型 TBPT,,250,1.3 TBPT,,500,1.2 MP,MURX,4,1 !指定空气的材料类型 TBPT,,460,1.4 TBPT,,700,1.3 TBPT,,1020,1.5 TBPT,,800,1.4 TBPT,,3400,1.6 TBPT,,1190,1.5 TBPT,,6400,1.7 TBPT,,1680,1.6 TBPT,,8400,1.74 TBPT,,2800,1.7 TBPT,,10000,1.79 TBPT,,6000,1.8
ANSYS电磁场分析指南
第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。
有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。
根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。
1.3静态、谐波、瞬态磁场分析利用ANSYS可以完成下列磁场分析：·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书―二维静态磁场分析‖·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书―二维谐波磁场分析‖·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。
参见本书―二维瞬态磁场分析‖·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。
参见本书―三维静态磁场分析（标量位方法）‖·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。
06 ANSYS电磁场分析指南-3D——【ANSYS电磁分析资料】
第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）5.1 在3-D静态磁场分析（标量法）中要用到的单元表1三维实体单元：表2三维界面单元表3三维连接单元表4三维远场单元SOLID96和SOLID97是磁场分析专用单元，SOLID62、SOLID5和SOLID98更适合于耦合场求解。
5.2 磁标量位（MSP）法介绍在磁标量位方法中，可使用三种不同的分析方法：简化标势法(RSP)、差分标势法(DSP)和通用标势(GSP)法。
·若模型中不包含铁区，或有铁区但无电流源时，用RSP法。
若模型中既有铁区又有电流源时，就不能用这种方法。
·若不适用RSP法，就选择DSP法或GSP法。
DSP法适用于单连通铁区，GSP法适用于多连通铁区。
5.2.1 单连通区与多连通区单连通铁区是指不能为电流源所产生的磁通量提供闭合回路的铁区，而多连通铁区则可以构成闭合回路。
参见图1(a)、(b)“连通域”。
数学上，通过安培定律来判断单连通区或是多连通区，即磁场强度沿闭合回路的积分等于包围的电流（或是电动势降MMF）。
因为铁的磁导率非常大，所以在单连通区域中的MMF降接近于零，几乎全部的MMF降都发生在空气隙中。
但在多连通区域中，无论铁的磁导率如何，所有的MMF降都发生在铁芯中。
5.3 3-D静态磁标势分析的步骤该分析类型与2－D静态分析的步骤基本一样：1.建立物理环境2.建模、给模型区域赋属性和分网格3.加边界条件和载荷（激励）4.用RSP、DSP或GSP方法求解5.观察结果5.3.1创建物理环境首先设置分析参数为“Magnetic-Nodal”，并给出分析题目。
然后用ANSYS前处理器定义物理环境包含的项目。
即单元类型、KEYOPT选项、材料特性等。
3D分析的大部分过程与2D分析一致，本章下面部分介绍3D分析中要特殊注意的事项。
· SOLID96单元可为模型所有的内部区域建模，包括：饱和区、永磁区和空气区（自由空间）。
ANSYS教程：ANSYS电磁场分析
ANSYS教程：ANSYS电磁场分析静态磁场分析：用于分析不随时间变化的磁场，主要包括三类情况：用磁场的磁场，稳恒电流产生的磁场，匀速运动的导体所产生的磁场。
对于三位静态磁场分析，ansys程序采用了两种方法：标量势法（scalar method）和单元边法（edge-based-method），其中标量势法根据其标量势方程的不同又可分为三种不同的标量势分析方法：简化标量势法（RSP）、微分标量势法（DSP）和广义标量势法（GSP）。
使用单元边法时，电流源是作为整个系统的一部分一起进行网格划分的，由此使用该方法不仅能计算常规物流量（如磁场、磁动势等），还能计算诸如焦耳热损、洛伦兹力等。
根据以下原则选择不同的分析方法：当所分析的问题中不含铁芯区域或虽含铁芯区域但不含电流源时，采用RSP法，在含有铁芯和电流源的模型分析中通常不使用RSP 法。
对于“单连通”铁芯区域模型，使用DSP法，对于“多连通”铁芯区域模型，使用GSP法。
单连通区域指的是带有空气隙的磁路不封闭的铁芯系统，没有空气隙的则为磁路封闭多连通铁芯区域系统。
对于非连续介质模型一般采用单元边法进行求解。
提示：单元边法中使用的单元的节点自由度矢量磁势是沿单元边切向积分的结果，其求解精度高于标量势法的求解精度。
单元边法不仅适用于三维静态磁场分析中，也适用于三维谐性和瞬态磁场分析中。
1 电磁场分析中的默认单位制为MKS单位制，即米、安培和秒。
可以定义其他的单位制：main menu/preprocessor/material props/electromag units2 电磁场分析中大多材料的磁性能可以从ansys程序的材料库中读入，用于也可以自己定义材料性能，方法如下：2.1 定义路径main menu/preprocessor/material props/material library/library path2.2 读入材料参数main menu/preprocessor/material props/material library/import librarymain menu/preprocessor/loads/load step opts/change mat props2.3 修正材料参数main menu/preprocessor/material props/material library/export library2.4 定义材料B-H曲线main menu/preprocessor/material props/material models/electomagnetics/BH curve2.5 在模型上施加电流密度载荷main menu/preprocessor/loads/define loads/apply/magnetic/excitation/current density/on elements2.6 施加电压载荷main menu/preprocessor/loads/define loads/apply/magnetic/excitation/volt drop/on elements2.7 进行求解main menu/solution/solve/electromagnet/static analysis/opt&solv2.8 退出求解器main menu/finish谐性磁场分析：用于分析激励源按正弦或余弦规律变化的磁场问题，如变压器、感应式电机，感应加热炉等电磁装置引发的磁场均属于谐性磁场问题。
ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南引言一、准备工作在进行电磁场分析之前，需要准备以下材料和信息：1.CAD模型：电磁场分析通常需要一个几何模型，可以是CAD软件创建的三维模型。
2.材料参数：需要知道模型中各个部分的材料参数，包括导体材料的电导率和非导体材料的介电常数等。
3.边界条件：需要定义模型的边界条件，例如电磁辐射的入射条件和模型表面的电磁辐射条件等。
二、建立模型在ANSYS中建立模型的方法有很多，可以根据需要选择适合的方法。
最常用的方法是通过导入CAD模型。
将CAD模型导入ANSYS后，可以对几何模型进行修剪、划分等操作，以确保模型的准确性和可靠性。
三、设置材料参数设置材料参数是电磁场分析中的重要步骤之一、根据模型中各个部分的材料，可以在ANSYS中设置对应的材料参数。
对于导体材料，需要设置其电导率；对于非导体材料，需要设置其介电常数。
四、设置边界条件在电磁场分析中，边界条件的设置非常重要。
边界条件决定了电磁场在模型中的传播方式和行为。
根据具体情况，可以设置不同的边界条件，包括入射条件、辐射条件、开路条件等。
五、设置求解器ANSYS提供了多种求解器用于求解电磁场问题，常用的有静态场和频率域两种求解器。
静态场求解器适用于求解稳态电磁场问题，而频率域求解器适用于求解频率响应问题。
根据具体问题的需求，选择适合的求解器进行分析。
六、设置分析参数在进行电磁场分析之前，需要设置一些分析参数，以确保分析的准确性和有效性。
可以设置初始条件、收敛准则、迭代次数等参数，以优化分析的效果。
同时，还需要设置输出参数，以便在分析结束后获取所需的结果。
七、进行分析设置好所有参数后，可以开始进行电磁场分析。
根据分析类型和求解器的不同，分析过程可能需要一定时间。
一般情况下，ANSYS会提供进度条显示分析的进展情况。
分析结束后，可以查看分析结果，并根据需要进行后续处理。
八、结果处理与后处理在进行电磁场分析之后，可以通过ANSYS提供的后处理工具进行处理和分析结果。
ANSYS-3维电磁分析棱边法
Quad MAG, TEMP Brick MAG, AX, AY, AZ, VOLT, TEMP Brick UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG; TEMP-VOLT-MAG UX-UY-UZ; VOLT, MAG Brick UX-UY-UZ-AX-AY-AZ-VOLT Tet UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG; TEMP-VOLT-MAG UX-UY-UZ; VOLT, MAG TEMP, TEMP,
Table 1.1 Formulation Comparison Formulation Conductor Model MSP SOURC36 current-fed conductor - coil not underlying region meshed Dim. Applications stranded 3-D meshed, Element Types Analysis Type Static
Magnetostatic SOLID5, without eddy current. SOLID96, SOLID98 Magnetostatic, current. eddy SOLID97, PLANE53, PLANE13, PLANE233
Nodal MVP Current, voltage, or circuit-fed solid 2-D, conductor - Coil meshed as part of 3-D model Edge-Based Both stranded and solid conductor 3-D permitted. Supports current, circuit, and voltage fed, and direct current specification Table 1.2 3-D Edge Formulation
ansys有限元法电磁分析
高频-电磁兼容(续)
某系统屏蔽性能分析
电场 磁场
1.2 GHz时的结果矢量图
高频-电磁兼容(续)
某弹载控制设备EMC性能分析
高频-电磁兼容(续)
某弹载控制设备EMC性能分析 截面场分布
设备内部的强干扰源对外辐射屏蔽分析
Part III
ANSYS
多场耦合分析
电 磁 场 结构分析 耦 合 场 热分析
Part I
ANSYS
低频电磁场分析
低频电磁场分析
七大分析类型:
静电场分析 静磁场分析 时谐场分析 时变场分析 电流传导分析 电路分析 场路耦合分析
低频-静电场
确定由电荷或外加电势所产生的电场和电位分布
– 加载形式:电势和电荷密度 电通量密度 电容提取 静电力计算 储存能量
– 分析结果:电场/电势分布
二,分析实例
高频器件 天线分析 电磁散射 电磁兼容
高频-电磁兼容
电磁兼容:E1ectromagnetic Compatibility (EMC)
电子系统的电磁兼容应满足 以下三个条件: – 本系统不产生对其它系统 的电磁干扰 – 本系统不易被其它系统产 生的电磁辐射干扰 – 系统自身不存在相互间的 电磁干扰(串扰-信号完整 性,多天线工作). 机箱的电磁泄漏分析
高频电磁兼容续两块pcb板上的电场分布高频电磁兼容续考虑集成电路块的板级分析高频电磁兼容续pcb高频电磁兼容续箱内及开孔处场分布系统级高频电磁兼容续磁场分布高频电磁兼容续高频电磁兼容续高频电磁兼容续高频电磁兼容续高频电磁兼容续60高频电磁兼容续61高频电磁兼容续12ghz高频电磁兼容续高频电磁兼容续高频电磁兼容续高频电磁兼容续anspartiii力计算变形耦合场电磁结构耦合场电磁结构18ghz
ANSYS电磁场分析规范指南规范.doc
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ansys maxwell 采用的计算电磁学技术方法
ANSYS MAXWELL 采用的计算电磁学技术方法
ANSYS MAXWELL 是一款强大的电磁场模拟软件，可用于计算各种电磁场问题。
本文将介绍 ANSYS MAXWELL 采用的计算电磁学技术方法，包括静态磁场分析、标量势法、单元边法等。
同时，本文还将介绍如何在 ANSYS MAXWELL 中定义材料性能、设置电流源等。
ANSYS MAXWELL 是一款功能强大的电磁场模拟软件，可用于计算各种电磁场问题。
在 ANSYS MAXWELL 中，可以使用静态磁场分析、
标量势法、单元边法等方法进行电磁场计算。
其中，静态磁场分析是最常用的方法之一。
使用静态磁场分析时，可以分析不随时间变化的磁场。
对于三维静态磁场分析，可以采用标量势法或单元边法。
标量势法包括简化标量势法、微分标量势法、广义标量势法等，可以根据具体问题选择不同的分析方法。
而单元边法适用于计算电流源等复杂模型的磁场分布。
在 ANSYS MAXWELL 中，可以采用材料库中已有的材料性能定义，也可以自定义材料性能。
自定义材料性能时，需要定义材料的路径、磁导率、电导率等参数。
此外，还可以在 ANSYS MAXWELL 中设置电
流源，以模拟实际的电磁场问题。
总之，ANSYS MAXWELL 采用的计算电磁学技术方法可以用于各种电磁场问题的模拟计算。
通过学习这些方法，可以更好地理解电磁场模拟的基本原理，并提高电磁场模拟的计算效率。
ANSYS三维磁场分析
δ = (π μ σ f) -1/2 (m)
式中
μ = 磁导率 = μr μ0
=1.256E-6
σ = 电导率= 1 /ρ = 5.83E-8
f = 场频率 (Hz)=1000
δ=2.1 mm
第4页/共23页
4.4-3
• 在内导体对称平面加VOLT 约束 • 施加 VOLT约束
Solu>apply>-electric-boundary>on areas
• 在模型末端( Z 最大值位置）加通 量平行边界条件作为一个远程边 界条件
• 面上加边界条件 • 使整个模型激活 • 选择外表面 • 不选Z=0的平面
第10页/共23页
4.4-9
• 加通量平行条件 Preproc>loads>apply>magnetic-boundary>-flux par’l-on areas
δ = (π μ σ f) -1/2 (m) 式中 μ = 磁导体= μr μ0 =50*1.256E-6 σ = 电导率 = 1 / ρ ρ = 电阻率 (Ohm-m) =1E-7 f = 场频率(Hz)=1000 δ = .77 mm
第3页/共23页
BAR的边界
4.4-2
外导体的内半径
• 由于集肤效应，外导体内半径也要网 格细化
• 在命令窗口输入ac3d建模 • 模型信息
• 单元类型: 边单元solid117 • 导体- AZ,VOLT自由度 • 空气-AZ 自由度
• 励磁导体：导体要建模 • 总电流加到截面的一个节点上
• 单元组件: • 内导体: BAR • 外导体: ELEMENT
第2页/共23页
4.4-1
• 靠近杆BAR外半径处要加密网格，以 满足集肤效应的计算要求（集肤厚度 (δ)上要有两个单元）
ANSYS第六章
除在板上面承受p0001nmm2p0001nmm2的均布载荷外还在的均布载荷外还在点900900400400处承受两个方向的处承受两个方向的集中力集中力f1000nf1000n按下列两种情况计算结构的最大变形和按下列两种情况计算结构的最大变形和vonvonmisesmises应力
湖北汽车工业学院 有限元法基础与应用 马迅
单元的节点位移和节点力向量可表示为：
{F }e = [Wi
{δ }e
= wi θ xi θ yi
M xi
[
w j θ xj θ yj
M xj
wm θ xm θ ym
M xm
w p θ xp θ yp
M xp
]
T
M yi W j
M yj Wm
M ym W p
M yp
]
T
有限元法基础与应用
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5
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湖北汽车工业学院 有限元法基础与应用 马迅
第六章 薄板弯曲问题的有限元法
§6-1 薄板弯曲问题的性质 §6-2 薄板矩形单元的位移模式 §6-3 程序应用及实例
有限元法基础
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§6-1 薄板弯曲的问题的性质
薄板是指厚度比板面长宽中的最 小尺寸b小得多的平板。
作用在薄板上的载荷可以分解为两个分量: • 平行于板面的纵向载荷；由它引起的应力、应变和位 移可以按平面应力问题来分析； • 垂直于板面的载荷。由它引起薄板的弯曲，并伴随扭 转，这就是薄板的弯扭问题，通常称为薄板弯曲问题。 转，这就是薄板的弯扭问题，通常称为薄板弯曲问题
Ansys电磁场分析简介
3、什么时候要用二维分析？
2-D平面分析：
忽略终端效应
模型位于X-Y平面
电流方向只沿X-Y面的 法线方向（Z方向）
磁场只有X-Y面内的分 量
2-D轴对称分析：
模型位于X-Y平面
电流方向只沿X-Y面的 法线方向（圆周Z方向）
磁场只有X-Y面内的分 量
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4、什么时候要用三维分析？
ANSYS 软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用 有限元软件，可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机 械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、 水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件提供了不断改进的功 能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学 分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS 参数设计 语言扩展宏命令功能。
6、ANSYS磁场分析的类型
2-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁 场，用矢势法。
2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流或交流电压所 产生的磁场，用矢势法。
2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外 场所产生的磁场，用矢势法。
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ANSYS磁场分析的类型（续1）
ANSYS 介绍
ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件， 主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、 温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进 而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂， 受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化 结构，采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展，相应的软件 也应运而生，ANSYS 软件在工程上应用相当广泛，在机械、电机、土 木、电子及航空等领域的使用，都能达到某种程度的可信度，颇获各 界好评。使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间。
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第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法）6.1何时使用棱边元方法在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位A来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可通过使用棱边元方法予以消除。
这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。
在大多数实际3-D 分析中，推荐使用这种方法。
在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。
另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。
用棱边元方法分析的典型使用情况有：·电机·变压器·感应加热·螺线管电磁铁·强场磁体·非破坏性试验·磁搅动·电解装置·粒子加速器·医疗和地球物理仪器《ANSYS理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。
这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法型函数的信息。
对于ANSYS的SOLID117棱边单元，自由度是矢量位A沿单元边切向分量的积分。
物理解释为：沿闭合环路对边自由度（通量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。
正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。
磁通量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。
在ANSYS中，AZ表示边通量自由度，它在MKS单位制中的单位是韦伯（Volt·Secs），SOLID117是20节点六面体单元，它的12个边节点（每条边的中间节点）上持有边通量自由度AZ。
单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。
在动态问题中，8个角节点上持有时间积分电势自由度VOLT。
ANSYS程序可用棱边元方法分析3-D静态、谐波和瞬态磁场问题。
（实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同），具体参见第7章，第8章。
6.2单元边方法中用到的单元表 1三维实体单元6.3物理模型区域的特性与设置对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。
参见下表，详情在后面部分叙述。
6.4用棱边单元方法进行静态分析的步骤用棱边元方法进行静态磁场分析的步骤如下：1.在GUI菜单过滤项中选定Magnetic-Edge项。
GUI: Main Menu>Preferences>Electromagnetics:Magnetic-Edge2.定义任务名和题目。
命令：/FILNAME和/TITLEGUI:Utility Menu>File>Change JobnameUtility Menu>File>Change Title3.进入ANSYS前处理器。
命令：/PREP7GUI:Main Menu>Preprocessor4.选择SOLID117单元。
命令：ET,,solid117GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete5.定义材料特性（与第二章类似）。
命令：MPGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels>Electromagnetics>Relative Permeability>Constant命令：TBGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels>Electromagnetics>BH Curve6.建立模型，用Main Menu>Preprocessor>-Modeling-界面，详见《ANSYS 建模与分网指南》。
7.赋予特性。
GUI: Main menu>Preprocessor>-Attributes-Define8.划分网格（用Mapped网格）。
命令：VMESHGUI:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped9.进入求解器。
命令：/SOLUGUI:Main Menu>Solution10.给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件。
命令：DAGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary用AZ=0来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件自然发生，无需说明。
在极少数情况下，说明AZ=0还不足以表明磁力线平行边界条件，在这中情况下，可分别用D命令来指定约束。
11.加电流密度载荷（JS）。
由于电磁分析的连续方程必须满足，所以此处施加的源电流密度必须是无散的（即▽JS=0），这一点必须保证，如果有误，则SOLID117单元会解算出错误结果，并且不给出任何警告信息！在某些情况下，源电流密度的幅值和方向都是恒定的（比如：杆状、弧状电流源），自然满足无散条件，此时就可用下面描述的BFE命令施加电流。
在其它很多复杂情况下，源电流密度的分布事先是不知道的（比如：两个直杆连接处弯形连接段内的电流弯曲），此时就需要先执行一个静态电流传导分析（见第13章），一旦确定下电流，就可以用LDREAD命令将其读入磁场分析中。
通常，直接把源电流密度施加到单元上。
使用下列方式之一：命令：BFE, JSGUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation关于其他加载的更多信息，参看第2章“2D静态磁场分析”。
单元密度由ESYS命令在单元坐标系中设定。
12.为计算作用到导磁体上的Maxwell力和虚功力，先定义组元：命令：CMGUI:Utility Menu>Select>comp/Assembly>Create Component再加表面标志：命令：FMAGBCGUI:Main Menu>Solution-Loads-Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force/Torq13.选择静态分析类型。
命令：ANTYPE,static,newGUI:Main Menu>Solution>New Analysis>Static注意：如果是需要重启动一个分析（重启动一个未收敛的求解过程，或者施加了另外的激励），使用命令ANTYPE,STATIC,REST。
如果先前分析的结果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB还可用，就可以重启动3-D静态磁场分析。
14.选择求解器，可以使用波前求解器(FRONT) (缺省值)、稀疏求解器(Sparse)、雅可比共厄梯度求解器 (JCG)、及不完全Cholesky 共厄梯度求解器(ICCG)。
用下列方式选择求解器：命令：EQSLVGUI:Main menu>Solution>Analysis Options推荐使用sparse 或ICCG求解器。
15. 选择载荷步选项（参见16章）。
16. 求解，对于非线性分析，采用两步求解：·先斜坡载荷计算3到5子步，每步一次平衡选代·用一个子步计算最后的解，具有5到10次平衡选代当使用棱边单元列式时，在缺省情况下，ANSYS程序先估算待分析区域所有单元和节点。
估算时，把不需要的自由度值设置为零，使计算更快进行：命令：GAUGEGVI:Main Menu >Solution>Load Step Opts –magnetics >–Options Only –Gauging使用棱边单元做电磁分析必须要求估算，因此，在大多数情况下，不要关闭自动估算。
用下面的命令进行两步求解：命令：MAGSOLV(设置OPT域为0)GUI:Main Menu>-Solution>-Solve-Electromagnet>-StaticAnalysis-Opt&Solv17. 退出SOLUTION处理器。
命令：FINISHGUI:Main Menu>Finish18．进行后处理，观察结果（后面介绍）。
19．用LMATRIX宏命令计算线圈系统的微分电感矩阵和总的磁链:命令：LMATRIXGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-StaticAnalysis-Induct Matrix计算电感矩阵需要几个步骤，首先将线圈单元定义为部件，定义名义电流，然后在工作点执行一次名义求解，第11章有详细介绍。
6.5 观察结果ANSYS和ANSYS/Emag程序将静态分析数据结果记入Jobname.RMG文件中，将动态分析数据结果记入Jobname.RST文件中。
数据有二类：·主数据：磁场自由度（AZ,VOLT）·导出数据：·节点磁通量密度（BX,BY,BZ,BSUM）·节点磁场强度（HX,HY,HZ,HSUM）·节点磁力（FMAG: X,Y,Z分量和SUM）·单元总电流密度（JTX,JTY,JTZ）·单位体积生成的焦耳热（JHEAT）·单元磁能（SENE）（仅对线性材料才有效）等等。
关于更多的可利用的数据，参见《ANSYS单元手册》。
可以进入通用后处理器（POST1）中观察结果。
按照如下方式：命令：/POST1GUI: Main Menu>General Postproc6.5.1 读入结果数据：3D单元边静态磁场分析与2D静态磁场分析的后处理基本一致。
关于后处理的相关信息参见第2章“2D静态磁场分析”。
后处理常用命令的总结见“3D时谐磁场分析（棱边元方法）”的“观察结果”一节。
6.5.1.1磁力线用通量密度的矢量显示模式观察磁力线路径。
6.5.1.2等值线显示、矢量显示、列表显示和磁力参见第2章“2D静态磁场分析”6.5.1.3带电粒子跟踪显示在《ANSYS基本过程手册》的“通用后处理器（POST1）”和“建立几何结果显示”的相关论述中有关于带电粒子跟踪显示的介绍。
关于理论细节参见《ANSYS 理论手册》第5章。
6.5.1.4计算其他感兴趣的项目从后处理可用的数据库中，还可以计算其他感兴趣的项目（如全局磁力、力矩、源的输入能量、电感、磁力线连接和终端电压）。
ANSYS程序设置下列宏来进行这些计算：·SENERGY宏计算电磁场中的储能·FMAGBC宏对单元部件施加力边界条件·FMAGSUM对单元部件上计算出的力求和·MMF宏计算沿一路径的磁动势·PMGTRAN宏显示瞬态电磁场的概要信息.·POWERH宏计算导体的均方根（RMS）能耗想了解更多的宏，请参见第11章“电磁场宏命令”。