电机的电磁场CAE有限元分析综论

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常用CAE分析简介

常用CAE分析简介1. 有限元分析（FEA）：有限元分析是一种将复杂结构分解为简单单元的方法，通过求解这些单元的力学行为，从而得到整个结构的力学性能。

有限元分析广泛应用于结构分析、热分析、流体分析等领域，可以帮助工程师评估设计的强度、刚度、稳定性等性能指标。

2. 计算流体动力学（CFD）：计算流体动力学是一种利用数值方法模拟流体流动问题的方法。

通过CFD分析，工程师可以了解流体在特定条件下的速度、压力、温度等参数，从而优化设计，提高设备的性能。

CFD分析广泛应用于航空航天、汽车、化工、建筑等领域。

3. 多体动力学（MBD）：多体动力学是一种模拟多个刚体之间相互作用的力学分析方法。

通过MBD分析，工程师可以研究机械系统的运动特性、动力学性能和振动特性，从而优化设计，提高设备的可靠性。

MBD分析广泛应用于汽车、、航天器等领域。

4. 优化设计：优化设计是一种在满足一定约束条件下，寻找最优设计方案的方法。

通过优化设计，工程师可以在保证产品质量的前提下，降低成本、提高性能。

优化设计方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法等。

5. 可靠性分析：可靠性分析是一种评估产品在使用过程中发生故障的概率的方法。

通过可靠性分析，工程师可以了解产品的故障模式和故障原因，从而优化设计，提高产品的可靠性。

可靠性分析方法包括故障树分析、故障模式与影响分析等。

CAE分析在工程领域具有广泛的应用，可以帮助工程师在设计阶段发现潜在问题，优化设计，提高产品质量和降低成本。

随着计算机技术的不断发展，CAE分析将在未来发挥越来越重要的作用。

6. 热分析：热分析是一种评估产品在温度变化下的热传导、热对流和热辐射性能的方法。

通过热分析，工程师可以了解产品在不同温度条件下的热性能，从而优化设计，提高产品的热效率和热稳定性。

热分析广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。

7. 声学分析：声学分析是一种评估产品在声波作用下的声学性能的方法。

通过声学分析，工程师可以了解产品在不同频率下的声压级、声强级和声功率级等参数，从而优化设计，提高产品的声学性能。

机械设计基础机械设计中的CAE分析方法

机械设计基础机械设计中的CAE分析方法机械设计是工程领域中非常重要的一项任务，它涉及到各种机械设备的设计和制造。

而在现代机械设计中，CAE（计算机辅助工程）分析方法的应用越来越广泛，为设计师提供了强大的工具和技术支持。

本文将介绍机械设计中常用的CAE分析方法，以及它们在设计过程中的应用。

一、有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）有限元分析是机械设计中最常用的CAE分析方法之一。

它通过将实际的结构分割成有限数量的小元素，然后利用数值计算方法求解每个小元素的应力、变形等物理量。

这样可以在较小的计算范围内，准确预测结构的力学性能。

在机械设计中，有限元分析广泛应用于刚度、强度、稳定性、疲劳寿命等方面的评估。

设计师可以通过有限元分析来验证设计方案的可行性，确定合适的材料和尺寸，并最终优化设计方案。

二、计算流体力学分析（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）计算流体力学分析是机械设计中另一个重要的CAE分析方法。

它用数值方法解决流体力学方程，对液态、气态流体的流动、传热、传质等进行模拟和计算。

在机械设计中，计算流体力学分析常用于气动性能、液压性能、热传导等方面的研究。

通过CFD分析，设计师可以预测流体在机械设备中的流动状态和传热效果，为设计方案的改进提供重要的参考。

三、多体动力学分析（Multibody Dynamics Analysis，简称MDA）多体动力学分析是机械设计中用于研究刚体与刚体之间相对运动的CAE分析方法。

它将机械系统视为由多个刚体组成的多体系统，通过求解动力学方程，计算系统中刚体的位移、速度、加速度等运动参数。

在机械设计中，多体动力学分析广泛应用于机构设计、机械振动、运动机理等方面的研究。

通过MDA分析，设计师可以了解机械系统的运动规律和力学性能，优化机构设计，提高系统的工作效率和稳定性。

四、耦合分析（Coupled Analysis）耦合分析是机械设计中将多个CAE分析方法整合起来进行综合分析的方法。

对电机进行的电磁场分析

同步电动机磁势关系 F Fa Ff F —— 合成磁势
将电枢磁势对合成磁势的影响叫做电枢反应。
Ff
二同步电动机负载时的运行状态
设电机的磁路不饱和，励磁反电动势为 E 0 ，电枢电流 I 与 E 0 之间的夹角为
(90 90)
⒈ 电枢电流I 与励磁反电动势E0 同相时的电枢反应
电枢磁势Fa 的轴线总是与励磁磁势Ff的轴线(d轴)相差90°电角度，而与转子的交轴(q轴)重合。因此，称这种电枢反应为交轴电枢反应。它使转子产生电磁转矩。
c os5
Fy5 cost cos 5
分布元件组的脉振磁势
1 多相绕组的脉振磁势
设一个元件组由q个整距元件组成。相邻两元件之间相差一个槽距角，因此元件、的矩形磁势波在空间位置上也彼此位移电角。q个矩形波叠加起来为一阶梯波.
R
Fq1
q
Fq1
2R sin
q
2
Fy1 2Rsin2
Fq1 2Rsinq2
电机运行的性能取决于电机的参数和损耗。因此研究电机内的磁场，对设计一台性能良好的电机具有重要意义。
三旋转电机简介
1 基本分类及结构 1）交流电机电枢绕组通常位于定子上，其理想波形为正弦波 2）直流电机电枢绕组通常位于转子上，其理想波形为锯齿波
2 能量关系电源输入的能量=机械能量输出+磁场储能的增量+转换为热的能量
当电磁转矩和静负载转矩相等时，两个磁势的夹角不再变化，两个磁势同步前进。
直轴—— 转子NS极中心线，又称作d轴。规定两个轴
交轴—— 与直轴相距90°电角度的地方，又称作q轴。
直轴 Ff
交轴
由励磁电流If 产生励磁磁势Ff ，进一步产生励磁磁通0。由电枢电流I 产生电枢磁势Fa，进一步产生电枢磁通a。

电机设计及有限元分析

电机设计及有限元分析详细介绍：随着电⽓化和产品智能化⽔平的提⾼，电机、变压器以及⾼低压电器在各种装备和⽣活中的应⽤越来越多，电机和电器朝着容量⼤型化、体积⼩型化以及智能化的⽅向发展。

现今的电机电器设计⾯临着更复杂的技术挑战，只有充分运⽤现代⼯程仿真技术才能应对这些挑战。

典型应⽤领域1）电磁仿真。

电磁仿真在电机电器设计中扮演⾮常重要的⾓⾊，电磁仿真可以预测电磁转换的效率、各个部件的损耗和发热量、电磁⼒/⼒矩等参数，是进⼀步进⾏热仿真和结构仿真的基础；2）电场仿真。

随着电器设备容量和⼯作电压的提⾼，电场仿真的必要性性更加迫切，电场仿真能够预测设备的绝缘性、放电和击穿的可能性等性能指标；3）热仿真。

过热会使电机的可靠性降低，甚⾄于烧毁，因此热分析与热设计在电机电器设计中⾮常重要，热分析可以优化冷却⽅案，改善冷却效果。

4）结构强度、疲劳仿真。

利⽤结构分析软件研究电机电器在机械载荷和热载荷作⽤下的强度、刚度、振动和疲劳寿命，可提⾼设备的可靠性。

5）噪声分析。

模拟结构振动噪声和电磁噪声。

电磁仿真稳态磁场分析: 激励不随时间变化,如永磁体的磁场、稳恒电流产⽣的磁场等谐性磁场分析: 激励按正余弦规律变化,如感应式电机瞬态磁场分析: 激励随时间⽆规律变化混合励磁车⽤发电机三维电磁场有限元⽹格发电机永磁励磁的磁密分布转⼦磁感应强度⽮量右视图定⼦磁感应强度⽮量值定⼦磁场强度标量值定⼦磁场强度⽮量值转⼦磁场强度⽮量通过温度场计算,得到电机整机或部件的温度分布、热量的获取和损失、热梯度、热流密度等.稳态温度场分析:热源不随时间变化瞬态温度场分析:热源随时间变化定⼦铁⼼与机座温度分布上机架和定⼦温度分布电机流场分析电机结构分析部件刚强度计算接触应⼒计算固有频率计算动态响应计算临界转速计算⾼速发电机转⼦轴应⼒计算发电机转⼦轴应⼒计算定⼦和上机架联合计算序号⼯况载荷1起吊运输⼯况⾃重额定扭矩，正常运⾏⼯况2正常运⾏⼯况磁拉⼒，⾃重，温升半数磁极短路磁拉⼒3半数磁极短路⾃重，温升4地震⼯况地震加速度正常运⾏⼯况结构综合应⼒正常运⾏⼯况结构径向变形半数磁极短路⼯况结构综合应⼒半数磁极短路⼯况结构径向变形下机架有限元模型图结构应⼒分布云图载荷:⽔推⼒、机组转动、部分总重量定⼦铜环引线结构强度计算循环对称模型定⼦铜环引线结构整体应⼒分布短路⼯况,铜环引线发热定⼦铜环引线⽀架应⼒分布定⼦铜环引线结构变形分布主轴法兰强度分析发电机最⼤容量时主轴法兰应⼒强度发电机半数磁极短路⼯况时主轴法兰应⼒强度联轴器应⼒和紧量计算汽轮发电机转⼦齿头和槽楔应⼒计算计算模型应⼒分布发电机端部振动模态分析俄制500MW汽轮发电机定⼦端部振动模态分析电磁⼲扰⼒下的定⼦振动定⼦铁⼼的各个部位响应值曲线临界转速计算传递矩阵法计算有限元法计算⽂章来源：伺服与运动控制。

电机电磁场CAE有限元分析探讨

Thank you
其二设计者在数值计算前由于数据前处理过程单调数据量浩繁其工作量约占整个有限元分析工作量的80因此电机电磁场数值计算的工程应用研究已经提到较重要的位置即如何从电机设计者角度出发将较成熟的求解电机电磁场的数值算法如有限元法在过程上通用化操作上简捷化数据管理上自动化让电机设计者真正将有限元法作为一种求解电机电磁场的通用工具正如会使用计算器的人并非必须了解其工作原理机器语言数码显示等
电机C术的迅猛发展与社会需求日趋多样化，市场变化频繁，竞争激烈。表现在电机产品方面，产品更新换代的周期越来越短，产品的性能、质量、价格以及交货期的竞争越来越激烈。对大数电机厂来说，一个明显的特点是多品种、小批量生产占主导地位。在进行多品种、小批量生产时，由于产品的品种和工艺过程的多样性，环境条件(如用户订货、外购、外协、交货期等)的不确定性，以及生产计划与生产调度的动态性等因素，致使物料过程复杂多变，信息流的数据和信息庞杂，信息的处理、贮存与传输频繁。因此，按常规的单件生产或按刚性自动化的方式都无法适应，必须解决物流既具高效自动化，又具生产“柔性”即柔性自动化的问题;同时，也必须相应地解决信息流(包括产品设计、工艺设计以及生产管理)的自动化问题。所谓柔性(flexibility)是指，当生产对象改变时，具有灵活的适应性。
电机电磁场有限元分析
电机电磁场是工程领域中所遇电磁场的一种，电磁场问题的理论基础是Maxwell方程组，各种电磁场问题均可等价于数学领域中偏微分方程的初、边值问题。电机电磁场所包含的类型很多，如按场源是否随时间变化可分为稳态场与时变场;按求解区域的媒介线性与否可分为线性、非线性问题;按电磁场位函数的维数可分为一维、二维、三维问题。就从电机电磁场分布区域来看，也有气隙磁场、端部磁场、铁心磁场、电枢导线涡流场等;从理论上讲，用数值方法可以解决上述问题，但实际工程应用中，即使是基本的二维稳态电机电磁场问题，电机设计者也较少从场的观点出发，采用有限元或其它数值法进行求解，究其原因，除客观条件限制外，主观上仍有两方面：其一是要用有限元或其它数值法求解电机电磁场问题，则设计者本身至少要精通该数值方法的理论及过程、相应的计算机程序语言及数据结构、输入数据文件的建立，有时还要进行必要的程序修改、编译等;其二，设计者在数值计算前，由于数据前处理过程单调、数据量浩繁，其工作量约占整个有限元分析工作量的80%，因此，电机电磁场数值计算的工程应用研究已经提到较重要的位置，即如何从电机设计者角度出发，将较成熟的求解电机电磁场的数值算法如有限元法在过程上通用化，操作上简捷化，数据管理上自动化，让电机设计者真正将有限元法作为一种求解电机电磁场的通用工具，正如会使用计算器的人，并非必须了解其工作原理、机器语言、数码显示等。

CAE课有限元分析理论基础

类型。
精度要求
03
根据问题对精度的要求，选择足够高阶的有限元以保证求解精
度。
常用有限元的介绍
四面体有限元
适用于解决三维问题，具有较高的计算效率和适应性。
壳体有限元
适用于解决薄壁结构问题，能够模拟结构的弯曲和变形。
六面体有限元
适用于解决二维和三维问题，精度较高但计算效率较低。
梁有限元
适用于解决细长结构问题，能够模拟结构的轴向拉伸和弯曲。
CAE课有限元分析理论基础
目录
• 引言 • 有限元分析的基本原理 • 有限元的分类和选择 • 有限元分析的实现过程 • 有限元分析的应用实例 • 结论与展望
01 引言
目的和背景
目的
有限元分析（FEA）是一种数值分析方法，用于解决复杂的工程问题，如结构分析、热传导、流体动力学等。本课程旨在使学生掌握有限元分析的基本原理和应用。
弯曲有限元
适用于解决大变形问题，如结构动力学、流体动力学等。
非线性有限元
适用于解决非线性问题，如塑性力学、断裂力学等。
耦合有限元
适用于解决多物理场耦合问题，如流体-结构耦合、电磁-热
耦合等。
有限元的选择
问题特性
01
根据问题的物理特性、边界条件和求解精度要求选择合适的有
限元类型。
计算资源
02
考虑计算资源的限制，选择计算效率高、内存占用小的有限元
04 有限元分析的实现过程
建立模型
确定分析对象和边界条件
首先需要明确分析的对象和所受的边界条件，这是建立有限元模型的基础。
几何建模
根据分析对象的特点，利用CAD软件建立几何模型。
模型简化

CAE仿真技术在电机产品设计中的应用

CAE仿真技术在电机产品设计中的应用简介电机是一个集电气、机械、动力学、散热、电子电路、控制系统等众多学科综合于一体的复杂系统。

在实际研制过程中，我们必须考虑电机的电磁设计、机械设计、热设计以及多物理场耦合等方面的问题。

✓电机空间磁密分布、气隙磁密分布✓电机动态磁场效应✓电机启动/停止性能✓电机电磁力/力矩计算✓涡流分析✓电机损耗（铜损、涡损、铁损）✓定转子应力和变形（强度问题）✓转子动力学、临界转速✓定转子振动、噪声✓转轴扰度、强度计算✓电机装配（过盈配合、螺栓预紧）✓疲劳寿命电机机械结构分析问题电机电磁场分析问题✓电机结构温升✓结构传热与流体散热分析✓冷却系统（风冷、水冷）设计✓热变形和热应力✓电磁生热（电磁和热的耦合）；✓通风冷却（流场和热的耦合）；✓热应力和热变形（热和结构的耦合）；✓电磁振动（电磁和结构的耦合）；✓振动噪声（电磁、结构和声场的耦合）✓气动噪声（流场和声场的耦合）几何建模：Ansys DesignModeler、ANSYS SCDM结构仿真分析：ANSYS Mechanical疲劳寿命分析：Ansys nCode Designlife、Fe-safe、Ansys Fatigue流体仿真分析：Ansys CFX、Fluent、ICEM CFD、HPC电磁以及多物理场耦合分析：Ansys Multiphysics、ANSYS Mechanical/Emag、Ansys Maxwell 设计优化分析：Ansys DesignXplorer相关CAE软件模块：电机多物理场耦合分析问题电机散热流动分析问题。

cae与有限元分析解析

cae与有限元分析解析在现代工程设计领域，计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering, CAE）和有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）解析是两种不可或缺的工具。

它们可以为设计工程师提供准确、有效的技术支持，从而提高产品的可靠性和可持续性。

CAE是借助计算机技术来辅助工程设计的一种方法。

它涉及多个领域，如结构力学、流体力学、热力学和电磁学，能够预测产品性能并进行设计优化。

CAE可以模拟真实环境中的场景，例如承受荷载或受到碰撞等情况。

设计师可以使用CAE模型来预测产品在遇到这些情况时的行为，并进一步优化设计。

FEA是CAE领域中的一个常见分支。

它是一种数值算法，可以用于模拟结构、流体、热和电问题中的物理现象。

FEA可以将复杂的工程流程简化成简单的线性和非线性方程，并用计算机软件来解决。

FEA程序可以生成2D和3D模型，并通过应变、力等场值来分析其性能。

得到负载和反馈信息后，设计师可以做出相应的改进。

和其他建模方法相比，FEA的最大优点是其细节层面的分析能力。

FEA可以模拟大量不同结构的应力和应变状态，包括复杂设计中的混合材料。

它还能够对所有结构组件执行高级的力学和热学分析。

这种方法还可以提供许多其他带来的优势，如减少模型误差、提高设计安全等。

虽然有许多表明这种方法的好处，但FEA同样存在一些挑战。

设计师必须对数值方法具有充分的理解，并了解FEA程序中所使用的技巧和策略。

用户还需要应对外部因素的影响，比如温度对材料性能的影响。

因此，如果工程师没有经验或知识水平较低，则可能会遇到许多问题。

在设计产品过程中，使用CAE和FEA可以最大化减少设计过程中的错误，并增强工程估算的准确性。

由于这些工具的广泛应用，工程师们再次获得作为真正的技术专家的机会。

他们可以快速、准确地模拟并分析产品的性能，以提供安全、可靠并高效的产品。

总之，CAE和FEA解析作为现代工程设计领域的关键工具，已经得到了广泛的应用。

电机的电磁场计算方法

电机的电磁场计算方法引言电机是将电能转换为机械能的装置，电机的工作原理是基于电磁感应和电磁力的作用。

了解电机的电磁场分布情况对于设计和优化电机具有重要意义。

本文将介绍电机的电磁场计算方法，包括分析电机的电磁场分布、计算电机的磁感应强度和电磁力等内容。

电机的电磁场分布分析电机的电磁场分布是指电机内部空间各点的磁场强度和方向的分布情况。

电机的电磁场分布分析可以通过解析方法、数值计算方法和实验测量方法来实现。

解析方法解析方法是通过求解电机的磁场分布的数学方程来得到电磁场的分布情况。

常用的解析方法包括矢量势法、有限元法和有限差分法等。

•矢量势法：矢量势方法是求解电机的磁场分布的一种常用方法，它通过求解电机的矢量势方程来得到电磁场的分布情况。

该方法适用于磁场分布具有对称性的电机。

•有限元法：有限元方法是一种广泛应用于电磁场计算的数值方法，它将电机空间划分为多个小单元，通过在每个小单元上建立适当的数学模型，并求解模型的方程来得到电磁场的分布情况。

•有限差分法：有限差分法是一种将电机空间离散化后，通过差分近似求解电磁场分布的方法。

该方法相对简单，容易实现。

数值计算方法数值计算方法是通过计算电机的电磁场分布情况，得到电磁场的分布情况。

数值计算方法通常需要借助计算软件来实现，常用的电磁场计算软件有ANSYS Maxwell、COMSOL Multiphysics等。

数值计算方法适用于复杂几何结构的电机，可以通过建立几何模型、设置边界条件、选择求解方法等步骤来完成电磁场计算。

实验测量方法实验测量方法是通过实验手段来测量电机的电磁场分布。

常用的实验手段包括磁场测量仪器、电磁场扫描仪等。

实验测量方法可以直接测量电机的电磁场分布情况，但需要进行现场实验，并且可能会受到外界干扰。

电机磁感应强度的计算电机的磁感应强度是描述电机磁场强度的物理量，可以通过电磁场测量和数值计算方法来计算。

电磁场测量方法电磁场测量是通过测量电机的磁感应强度来得到电机的磁场分布情况。

cae分析报告

cae分析报告CAE分析报告。

一、背景介绍。

CAE（Computer-Aided Engineering）即计算机辅助工程，是利用计算机仿真技术对工程问题进行分析和解决的一种方法。

它可以在产品设计的早期阶段就对产品的性能进行评估，从而提高产品的质量和效率。

本报告旨在对某产品的CAE分析结果进行详细报告，以便后续工程师和设计师们对产品进行改进和优化。

二、分析方法。

在本次分析中，我们使用了有限元分析（FEA）和计算流体动力学（CFD）两种主要的CAE分析方法。

有限元分析用于对产品的结构强度、刚度和振动特性进行评估，而计算流体动力学则用于分析产品的流体流动、传热和压力等特性。

通过这两种方法的综合分析，可以全面地了解产品的性能和特性。

三、结构强度分析。

通过有限元分析，我们对产品的结构强度进行了评估。

结果显示，在受力情况下，产品的各个部位都能够承受相应的载荷，不存在明显的应力集中现象。

同时，我们也对产品的刚度进行了分析，发现在受力情况下，产品的变形较小，刚度较高，能够满足设计要求。

四、振动特性分析。

除了结构强度分析，我们还对产品的振动特性进行了评估。

结果显示，在受到外部激励时，产品的振动频率和振幅均在合理范围内，不会对产品的正常使用造成影响。

这对于产品的可靠性和稳定性具有重要意义。

五、流体流动分析。

在计算流体动力学分析中，我们对产品的流体流动特性进行了评估。

通过模拟不同工况下的流体流动情况，我们发现产品的流体流动较为稳定，压力分布均匀，传热效果良好。

这为产品的优化设计提供了重要参考。

六、总结。

综上所述，通过本次CAE分析，我们全面地了解了产品的结构强度、振动特性和流体流动特性。

通过对分析结果的综合评估，我们可以为产品的改进和优化提供重要参考。

在今后的产品设计过程中，CAE分析将继续发挥重要作用，帮助我们不断提升产品的质量和性能。

七、参考文献。

1. Smith, J. (2018). Introduction to Finite Element Analysis. New York: McGraw-Hill.2. Jones, L. (2017). Computational Fluid Dynamics in Engineering. London: Springer.以上为本次CAE分析报告的内容，希望能为产品的改进和优化提供有益的参考。

catia有限元分析简述

前言运用固体力学理论（包括结构力学、弹性力学、塑性力学等）对结构进行强度和刚度分析，是工程设计的重要内容之一。

随着科学技术的进步和生产的发展，工程结构的几何形状和载荷情况日益复杂，新的材料不断出现，使得寻找结构分析的解析解十分困难，甚至不可能，因而人们转而寻求近似解。

1908年，W.Ritz提出一种近似解法，具有重要意义。

它利用带未知量的试探函数将势能泛函近似，对每一个未知量求势能泛函的极小值，得到求解未知量的方程组。

Ritz法大大促进了弹性力学在工程中的应用。

Ritz法的限制是试探函数必须满足边界条件。

对于几何形状比较复杂的结构来说，寻找满足整个边界条件的试探函数也非易事。

1943年，R.Couran对Ritz法做了极其重要的推广。

他在求解扭转问题时，将整个截面划分为若干个三角形区域，假设翘曲函数在各个三角形区域内做近似线性分布，从而克服了以前Ritz法要求整体近似函数满足全部边界条件的困难。

Couran这样应用Ritz法与有限元法的初期思想是一致的。

但是这种近似解法要进行大量数值计算，在当时还是个难题。

因此，未能得到发展。

有限单元法是采用计算机求解数学物理问题的一种数值计算近似方法。

它发源于固体力学，后迅速扩展到流体力学、传热学、电磁学、声学等其它物理领域。

固体力学有限元法的理论依据，从发展历史看，主要有三种途径，即结构矩阵法、变分法和加权余量法。

整个计算过程是泰国编制好的程序在电子计算机上自动进行。

它具有极大的通用性，在程序功能范围内，只要改变输入的数据，就可以求解不同的工程实际问题。

这种解法完全改变了解析法中针对一种实际问题寻找一种解法的局限性。

在1946年电子计算机诞生以后，首先采用它进行数值计算的是杆系结构力学。

它的理论依据是由结构力学位移法和力学演变成的矩阵位移法和矩阵力学，统称为结构矩阵法。

它采用矩阵代数运算，不仅能使算式书写简明，而且编制计算机程序非常方便。

结构矩阵法的力学概念清楚，全部理论公式按结构力学观点讲都是准确的，仅在数值计算过程中，由于计算机存储位数的限制，造成舍入误差。

有限元与CAE分析

Ansys 静力分析一、问题提出主要参数：E=30GPa §=0.26 F=(8-Y)*170220 N二、建模步骤1、单元属性设置（1）单元类型选择。

由实验内容知所分析的对象是平面应力应变问题，可选择solid，8节点类型。

运行ansys软件，进入前处理界面单击Preprocessor –Element Type-双击Add/Edit/Delete-Add选择Solid-8node 183，然后单击ok按钮-close，如图1所示：图1（2）材料属性。

定义恒定的各向同性材料属性，选择Preprocessor-Material Props-Material Models-Structural-Linear-Elastic-Isotropic,设定EX值为30e9,PRXY 值为0.26，如图2所示：，然后单击ok-Material-Exit图22.、创建模型选择Preferences-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS，创建8个点的坐标分别是1(0,0),2(5,0),3(5,3),4(3,11),5(1,11),6(1,8),7(1,3),8(0,3);结果如图3所示：图3依次连接各点创建面Preferences-Modeling-Create-Areas-Arbitrary-Through KPs，如图4、图5所示图43、网格划分本例采用自由网格划分：Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Free，效果图如上图：图54、施加载荷（1）自由度约束。

约束模型底边以及与底边相邻两边的全部自由度；Preprocessor-Loads-Define Loads –Apply-Structural-Displacement-On Lines，如图6图6（2）加载力。

在点6,7的线上加载变力；Preprocessor-Loads-Define Loads –Apply-Functions-Define/Edit在等号后输入8*170220-170220*{Y}，保存到指定文件夹并读取。

CAE与有限元分析解析

CAE与有限元分析解析
有限元分析是一种数学建模方法，旨在通过将复杂结构分割为离散化
的更简单的单元，利用线性或非线性的方程求解方法，对结构力学、热力学、流体力学等问题进行分析和预测。

有限元分析的关键步骤包括离散化、建立总体强度方程、构建单元的局部坐标系、形函数和单元刚度矩阵的导出、组装方程和求解等。

有限元分析广泛应用于机械、航空航天、建筑、能源、汽车等领域中
的结构、流体和热力学问题。

例如，在机械工程中，可以通过有限元分析
来评估零件和结构的强度、刚度和振动特性，从而优化设计方案并提高产
品的性能和可靠性。

在建筑设计中，可以使用有限元分析来确定建筑物的
稳定性和结构安全等。

在能源领域，可以通过有限元分析来优化燃烧流动
和传热过程，提高能源利用效率。

CAE方法通过数值模拟和计算方法，可以在产品设计的不同阶段提供
准确的工程分析和预测。

通过CAE，工程师可以实现更快速、更高效的产
品设计、优化和验证，减少了实验测试的需要，降低了成本和开发周期。

总之，有限元分析和CAE是现代工程设计和分析中不可或缺的数学建
模和仿真方法。

有限元分析是CAE的一个重要组成部分，通过对结构和物
理系统的连续域进行离散化，用数学模型描述系统的动力学特性。

CAE则
是更广义和综合的概念，包括了有限元分析、计算流体动力学、优化设计、设计验证和模拟等多个方面，旨在通过计算方法和工具来支持工程师在产
品设计和开发过程中的各个阶段进行虚拟测试和仿真。

CAE技术概述范文

CAE技术概述范文CAE（计算机辅助工程）是通过计算机技术和数值模拟方法来进行工程设计和分析的一种技术手段。

它涵盖了很多方面的应用领域，包括结构力学、流体动力学、热传导、电磁场等。

CAE技术已经成为现代工程设计和制造过程中不可或缺的一部分，能够大幅提高产品设计的准确性和优化效果。

本文将对CAE技术做一个概述，包括其基本原理、主要方法和应用领域等。

CAE技术的基本原理是基于数值模拟方法，通过离散化和数值解法来模拟实际工程问题。

它主要依靠计算机进行大规模计算和高效的数据处理，从而实现对工程问题的快速求解。

CAE技术的核心是建立数学模型和计算模型，将工程问题转化为数学方程的求解问题。

通过合适的数值方法和算法，可以得到相对准确的工程解决方案。

CAE技术的主要方法包括有限元分析（FEA）、计算流体动力学（CFD）、多体动力学等。

有限元分析是CAE技术中最常用且应用最广泛的方法之一、它将复杂的实体模型离散化成一系列简单的有限元单元，并根据结构力学原理建立单元之间的相互关系。

通过求解线性或非线性方程组，可以得到结构的应力、应变、变形等信息。

有限元分析可以用于求解静力学、动力学、热力学等各种工程问题。

计算流体动力学是CAE技术中另一个重要的方法，它主要用于求解流动场和传热场问题。

计算流体动力学通过对运动流体进行描述和离散化，结合流体力学原理和数值计算方法，可以预测流动的速度、压力、温度等参数。

计算流体动力学技术被广泛应用于汽车、航空、能源和环境等领域，可以优化设计方案，提高产品的性能和效率。

除了上述方法，CAE技术还包括有限差分法、边界元法、材料建模和优化设计等。

有限差分法是一种用差分代替微分的近似方法，广泛应用于求解偏微分方程。

边界元法则是一种基于边界条件的数值解法，适用于边界问题的求解。

材料建模则用于描述物质的力学性能和热学性质等，通过材料的模型和参数，可以更准确地预测材料在不同工况下的性能。

优化设计是利用CAE技术来优化产品设计，通过对参数和目标函数的优化，可以得到最优的设计方案。

CAE与有限元分析

CAE的成功案例
波音777的研发过程中采用CAE数字化样机技术，节省了大量物理样机试飞次数，仅一次试飞即获得成功，每次物理样机实验需花费1亿美元
CAE技术在汽车工业中的应用，使新车开发周期由原来的5~6年缩减到现在的1~2年
在机械工程中的应用
在土木工程中的应用
在航空工程中的应用
在电子工程中的应用
强大的非线性功能、能做直接流固耦合
强大的非线性复杂动态问题求解器，专门汽车分析模块，
CAE实现基本过程
1、将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；
2、通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量 (应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。
• 基于多体系统动力学的虚拟样机技术：针对复杂机械系统的整机性能优化技术。所建立的复杂机械系统包括机-液-控的耦合。商业分析软件包括 ADAMS,SIMPACK,DADS…
CAE应用现状
现有先进产品开发技术包括: CAD /CAE /CAM /
PLM( Product Lifecyele Management ) CAD已普及（要求每个工程师必须掌握） CAM /PLM 仍处于研发阶段 CAE在发达国家及一些大公司中利用CAE技术优化产品设计以降低成本，缩短研发周期已达80%~95% CAE 的应用已含盖机械工程的各个方面（包括运动分析，动力学分析，强度及稳定性分析，液压传动分析，振动和噪声的控制等） CAE方面的专业人才短缺（包括发达国家）
CAE的相关软件
软件名称
Hyperworks
软件描述
主要做前处理（分单元加载荷加约束）和后处理（看输出结果和仿真）

CAE与有限元分析解析

2、扫描法规则形体由某种基平面在空间扫描运动而构成的三维实体，或者是由基准曲线扫描而利用与成的空间曲面。首先在基平面上生成平面网格，或在基准曲线上生成结点。然后将基平面或基准曲线变换到若干个特定位置上，即网格分格面或分格线处，从而得到一批新的结点，并连接结点形成单元。扫描运动轨迹可以是多种曲线，从而形成多种扫描体或曲面。基平面还可以在扫描运动的同时转动、缩放，使扫描种类更加丰富。扫描法对于某些类型的物体（如轴对称体）特别方便，但适用范围有限。
直接对原始实体划分网格的方法
1、自由网格法主要是各种三角化方法和几何分解法。三角化方法能够有效地生成平面三角形单元或三维实体的四面体单元。但是这两种单元的计算精度低，因而不能完全满足有限元分析的要求。近年来已提出一些自动生成平面四边形单元网格的算法，基本是采用基于某些规则的几何分解方法。但是这些方法还未推广到三维实体。 2、四分法和八分法两种方法分别用于二维平面和三维实体，其基本做法是一致的：首先确定一个包含给定物体的最小正方形或最小正方体然后将四等分或八等分为子正方形或子正方体或依次判断与的包含关系。处在外的被抛弃；处在内的最后形成单元。与相交的在继续分割成下一层次的子正方形或子正方体后，仍将与作包含关系判断。上述四等分或八等分逐次进行到长达到规定的单元边长为止。边界上的要进行修正，以符合边界形状。四分法已较为成熟，但八分法中的三维体素关系判断和边界修正（特别是保证边界单元质量）是比较困难的。
有限元分析基本步骤
数据输入阶段，输入以下数据

1、控制数据：如结点总数、单元总数、约束条件总数等 2、结点数据：如结点编号、结点坐标、约束条件等 3、单元数据：如单元编号、单元结点序号、单元的材料特性、几何特性等 4、载荷数据：包括集中载荷、分布载荷等

电机CAE解决方案

电机CAE 仿真解决方案目前国内对于电机设计的虚拟装配已经基本实现，但虚拟设计以及虚拟实验的应用仍不充分。

电机的虚拟设计与虚拟实验主要包括电磁、结构、散热三个方面。

对于常规的电机设计方法，计算工作量非常大，只能得到各物理场的平均结果而难以获得其分布，且很难考虑各物理场耦合的问题。

本文与大家分享某电机厂对于新开发的某款电机进行的CAE 多物理场分析方法，其中涉及电磁分析、结构分析（强度、振动、噪声等）和散热分析(流体、热)。

通过分析，可以为电机厂商提供电机电磁、结构、噪声、流场和温度等一系列参数的分布情况，使开发人员能够有针对性的进行改善，从而大大缩短研发周期，降低研发成本。

本项目分析流程如图1所示：图1 电机CAE 多物理场分析流程一、电磁分析以电机的实际结构建立磁场有限元模型，基于电磁——热双向耦合建立轴向通风各部件的电磁场数学模型和热传导方程，通过电磁——热双向迭代计算得到磁密分布、电磁力等结果。

某电机的气隙磁场磁力线分布如图2所示。

噪声分析噪声分布电磁分析磁密分布动态磁场效应电磁力、力矩涡流分析损耗热分析温度分布流体分析流量分配结构分析应力及应变振动疲劳寿命电磁损耗电磁力定转子温度电磁损耗对流换热温度电磁力-时频转换振动响应图2 某电机的气隙磁场磁力线分布二、结构分析1.应力及应变分析通过电磁——结构以及热——结构的耦合，对电机进行了整机结构分析（包括整机强度分析、定子与机座配合计算、吊环强度分析等）、整机模态分析和滑环强度分析。

通过分析可以获得电机的应力及应变分布，从而验证电机强度是否满足设计要求。

图3 某电机三阶模态振型2.振动分析通过电磁分析得到定子齿部节点的径向及切向电磁力，映射处理至电机结构的网格模型中，进行振动分析。

通过分析可以获得电机的振动分布，并确认是否满足设计要求。

图4 某电机振动位移云图3. 噪声分析电机产生的三类噪声及主要声源如下图所示，本项目对电磁噪声和气动噪声进行了仿真，验证了电机噪声是否满足设计要求。

永磁直线电机的有限元分析及计算

永磁直线电机的有限元分析及计算永磁直线电机（Permanent Magnet Linear Motor，简称PMLM）是一种将电能转化为直线机械能的装置，它由永磁体组成的固定子和线圈组成的动子构成。

与传统的旋转电机不同，PMLM能够直接输出直线运动，并且具有大力密度、高效率和较低的噪音。

在永磁直线电机的设计和优化过程中，有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）和计算是非常重要的工具。

在有限元分析中，将电机内部的磁场、电流、力等物理量划分为有限数量的元素和节点，并使用数值方法求解模型的行为。

通过FEA方法，可以定量地评估永磁直线电机的性能指标，如功率、力矩、效率等。

有限元分析通常包括以下步骤：1.建立几何模型：将永磁直线电机的各个组成部分，如永磁体、线圈、铁心等，准确地建模为几何实体。

2.网格划分：将几何模型划分为有限数量的单元和节点，常用的划分方法包括四面体划分、六面体划分、三角形划分等。

3.求解磁场分布：根据电机的电流和永磁体的磁性，使用麦克斯韦方程和安培定律求解磁场分布，并获取磁力密度分布、磁场线轨迹等。

4.计算电机的力矩和力：通过磁场和电流之间的相互作用，计算电机在工作状态下的力矩和力。

5.评估性能指标：根据有限元分析结果，评估永磁直线电机的性能指标，如功率、效率、力矩密度等。

有限元分析不仅可以用于永磁直线电机的静态分析，还可以用于动态分析。

在动态分析中，需要考虑电机的运动状况和电机响应的时间变化。

通过有限元分析，可以评估电机在不同速度、不同负载情况下的性能。

在计算方面，可以使用有限元软件，如ANSYS、COMSOLMultiphysics等，进行永磁直线电机的有限元分析。

这些软件提供了强大的模拟和计算功能，可以帮助工程师快速准确地分析电机的力学和电磁特性。

总之，有限元分析和计算是永磁直线电机设计和优化的关键工具之一、通过使用有限元分析，可以定量地评估电机的性能，指导电机的设计和优化，并提高电机的效率和可靠性。