ansys电磁场仿真分析教程

模型 轴对称
Y
材料号 2
衔铁 长度=35
材料号3
单位 (mm)
Coil X
1-8
• 建模 – 设置电磁学预选项（过滤器） – 对各物理区定义单元类型 – 定义材料性质 – 对每个物理区定义实体模型 • 铁芯 • 线圈 • 空气 – 给各物理区赋材料属性 – 加边界条件
1-9
• 设置预选过滤掉其它应用的菜单 Main menu>preferences
• 一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）
1-24
• 选择与已选平面相对应的单元
用“面”
• 选择 OK • 图示衔铁单元
Utility>plot>elements
衔铁单元
1-25
• 使单元与衔铁组件联系起来 Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component
• 选择 OK
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• 加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force
• 选择OK
• 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 – Maxwell’s 应力张量 – 虚功
这种操作后，原先平面被删除， 而新的平面被重新编号
1-18
• 这些平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas
• 用鼠标点取衔铁平面 • 选择OK (在选取框内） • 材料号窗口输入2
对于没有明确定义属性的 面，其属性缺省为1
• 完整模型由2个独立部件组成 – 衔铁模块 – 定子模块
执行: solen3d.avi看动画
1-3
模拟过程概述
• 利用如下方式观察装置 – 2D与3D – 平面与轴对称 – 利用轴对称平面简化模型
• 定义物理区域 – 空气，铁，永磁体等等 – 绞线圈，块导体 – 短路，开路
• 为每个物理区定义材料 – 导磁率（常数或非线性） – 电阻率 – 矫顽磁力，剩余磁感应
第一章
教程综述
1-1
• ANSYS/EMAG能用于模拟工业电磁装 置
• 电磁装置当然是3维，但可简化 为2维模 型。
• 模拟可考虑为： – 稳态 – 交流（谐波） – 时变瞬态 • 阶跃电压 • PWM(脉宽调制） （Pulse Width Modulation) • 任意
1-2
• 利用轴对称衔铁和平面定子设计 致动器的一个实例 – 衔铁旋转 – 衔铁气隙可变化
1-12
• 定义材料 Preprocessor>Material Props>Isotropic
• 定义空气为1号材料(MURX = 1)
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
1-13
• 定义衔铁为2号材料
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）
1-14
• 定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1)
• 选择 OK
• 选择 OK (退出材料数据输入菜单）
1-15
• 建立衔铁面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions
• 选择Apply (重复显示和输入) • 建立线圈面
利用TAB 键移动输 入窗口
• 选On Lines并选取相应的线 • 选 OK
“所选取的线” 注：未划分单元前，加
上这种边界条件
“所选取的线”
1-21
• 生成有限元网格 • 利用智能尺寸选项来控制网格大小
Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-smartsize-basic
• 选择OK
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• Preproc>-Meshing-Mesh>-Areas-Free> 在选取框内选择ALL 选择OK
1-6
• 模拟由3个区域组成 • 衔铁区: 导磁材料 导磁率为常数（
即线性材料）
• 线圈区: 线圈可视为均匀材料. • 空气区:自由空间 (μr = 1) .
衔铁 线圈
1-7
性质
柱体: μr = 1000 线圈: μr = 1
匝数:
2000
(整个线圈)
空激气 励 :
μr = 1
线圈励磁为直流电流: 2 安 培
• 选择 Apply
1-16
• 建立空气面
• 选择 OK 衔铁
到了这步，建立了全部平 面，但它们还没有连接起 来.
线圈
1-17
• 用Overlap迫使全部平面连接在一起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
• 按Pick All
现在这些平面被连接了，因此当 生成单元时，各区域将共享区域 边界上节点
• 选择 OK
1-19
• 这些平面要求与物理区和材料联系起来 • Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas
选取线圈平面 （在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入3
• 点 OK
1-20
• 加通量平行边界条件 Preprocessor>loads>apply>-magnetic-boundary-flux-par’l
• 打开绘制单元的材料属性 Utility>PlotCtrls>Numbering
• 选择 OK
1-23
• 力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元 • 把衔铁定义为一个单元组件
ຫໍສະໝຸດ Baidu– 选择衔铁平面 Utility>select>entities
用此选项在图形窗 口中选择平面
再次选择用APPLY
衔铁 线圈 锭子
实体模型
1-4
• 建实体模型 • 给模型赋予属性以模拟物理区 • 赋予边界条件
– 线圈激励 – 外部边界 – 开放边界 • 实体模型划分网格 • 加补充约束条件（如果有必要） – 周期性边界条件 – 连接不同网格
有限元网格
1-5
• 进行模拟 • 观察结果
– 某指定时刻 – 整个时间历程 • 后处理 – 磁力线 –力 – 力矩 – 损耗 – MMF（磁动势） – 电感 – 特定需要
• 选择OK
1-10
• 定义所有物理区的单元类型为 PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete
• 选择 Add • 选择磁矢量和8节点53号单元 • 选择 OK
1-11
• 模拟模型的轴对称形状 • 选择Options（选项） • Element behavior（单元行为） • 选择 Axisymmetric（轴对称） • 选择OK