ANSYS电磁场分析指南第九章3D静态、谐波和瞬态分析节点法

第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）

9.1节点法（MPV）进行3D静态磁场分析

3-D节点法磁场分析的具体步骤与2-D静态分析类似，选择GUI参数路径Main Menu>Preferences> Magnetic-Nodal，便于使用相应的单元和加载。与2-D静态分析同样的方式定义物理环境，但要注意下面讨论的存在区别的地方。

9.1.1 选择单元类型和定义实常数

对于节点法3 –D静磁分析，可选的单元为3D 矢量位SOLID97单元，与2D单元不同。自由度为：AX,AY,AZ。3D矢量位方程中，用INFIN111远场单元（AX、AY、AZ三个自由度）来为无限边界建模。

对于载压和载流绞线圈（只有SOLID97单元），必须定义如下实常数：

速度效应

可求解运动物体在特定情况下的电磁场，2-D静磁分析讨论了运动体的应用和限制，在3-D中，只有SOLID97单元类型能通过设置单元KEYOPT选项来考虑速度效应。

9.1.2 定义分析类型

用与2D静态磁场分析相同的方式定义3D静态磁场分析，即，可以通过菜单路径Main Menu>Solution>New Analysis、或者用命令ANTYPE,STATIC,NEW来定义一个新的静态磁场分析；或者用ANTYPE,STATIC,REST 命令来重启动一个3-D分析。

如果使用了速度效应，不能在3D静态分析(ANTYPE,STATIC)中直接求解具有速度效应的静态直流激励场，而要用具有很低频率的时谐分析(ANTYPE,HARMIC)来完成。

9.1.3 选择方程求解器

命令：EQSLV

GUI：Main Menu>Solution>Analysis Options

3D模型建议使用JCG或PCG法进行求解。而对于载压模型、载流模型、或有速度效应的具有非对称矩阵的模型，只能使用波前法、JCG法、或ICCG法求解。电路激励模型只能用稀疏矩阵法或波前法求解器。

9.1.4 加载和求解

进入求解器：

命令：/SOLU

GUI：Main Menu>Solution

3-D 静态MVP分析的载荷与2-D静态分析稍有些不同，但其菜单路径是一样的。下面是关于3-D静态磁场分析的一些加载：

该载荷用以定义磁力线垂直、磁力线平行、远场、周期边界条件、以及强加外磁场等载荷和边界条件，下表描述了各种边界条件相应的磁矢量势值：

如果用INFIN111号单元表示模型无限远边界，则不用定义远场为0的边界条件。用CE

或CP命令或者相应的等效路径施加周期性或者循环对称条件。

对于外加磁场，定义不为0的各个分量AX，AY，AZ。

给单元组件加Maxwell表面和虚位移标志可参见第二章中的说明。

电压降（VLTG）

用这些载荷定义绞线圈电压降。在MKS单位制中，VLTG单位是伏特，电压降载荷只对使用了AX，AY，AZ，CURR自由度的SOLID97单元有效。

要得到正确的解，必须藕合导体所有节点的CURR自由度。

，Y，Z））

电流段加节点电流载荷，在MKS制中，电流段单位为安培-米。

见第二章中的说明。

加电流到源导体，在MKS制中，电流密度JS单位为安/米2。

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度的，这一点必须得到保证，如果有误，则SOLID97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，自然满足无散度条件，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，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。

见第二章中的说明。

用工具条中的SAVE_DB按钮来备份数据库，如果计算机出错，可以方便的恢复需要的模型数据。恢复模型时，用下面的命令：

命令：RESUME

GUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db

对非线性分析，求解分为二步：

1.将载荷以斜坡加载的方式加到3到5个子步上去，每个子步用一次平衡迭代；

2.在一个子步中求得最终解，这个子步需10次平衡迭代。

通过下面的命令完成：

命令：MAGSOLV（将OPT域设为零）

GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analysis-Opt &Solv

离开求解器：

命令：FINISH

GUI:Main Menu>Finish

9.1.8 计算电感矩阵和磁链

使用LMATRIX宏命令可以计算线圈系统的微分电感矩阵和每个线圈的总磁链:

命令：LMATRIX

GUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analysis-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。

9.2 后处理

ANSYS和ANSYS/Emag程序将3D静态磁场分析的数据结果写入到Jobname.RMG文件中，结果数据包括：

主数据：节点自由度（AX,AY,AZ,CURR）

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分量和SUM）

·节点感生电流段（CSGX,CSGY,CSGZ）

·单元源电流密度（JSX,JSY,JSZ）

·单位体积生成的焦耳热（JHEAT）

·等等。

进入通用后处理器/POST1，进行下列后处理操作：

命令：/POST1

GUI: Main Menu>General Postproc

9.2.1 从结果文件中读入数据

3-D矢量分析得不到通量线(磁力线)，但可利用磁通密度矢量显示来观察通量路径。

详见第二章。

在《ANSYS基本过程指南》的第5章和第12章中还详细介绍了怎样以图形的方式显示带电粒子在磁场中的轨迹

对于载压和载流线圈，可以计算线圈电阻和电感。每个单元都存储有电阻和电感值，对这些值求和就得到导体模型区的总电阻和总电感。这通过单元表来实现，先选择导体单元，再用ETABLE, tablename, NMISC, n命令或它的等效菜单路径（n=16为电阻，17为电感），最后用SSUM命令或它的等效菜单路径对这些数据进行求和。

对于载压线圈（SOLID97的KEYOPT(1)=2）或电路耦合线圈（SOLID97的KEYOPT(1)=3）所计算的电感值仅在下列情况有效：

·线性问题（导磁率为常数）；

·模型没有永磁体；

·模型只有一个线圈。

由多线圈组成的系统采用LMATRIX宏来计算微分电感矩阵和每个线圈的总磁链。LMATRIX 宏的详情参见11章。