二维静电场数值仿真

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11.2.5二维静电场数值仿真+-+基于ANSYS平台的电磁场数值仿真实验报告

电位已知，分别为 100V 和-100V，分析空间电场强度和电位分布规律。可根据几何结构和源分布的对称性，仿真实验可选用 1/2 或 1/4 平面进行建模。
图 1 仿真实验四、实验步骤 1、材料定义以及单元设定
由于仿真求解区域为空气，所以相对介电常数设为 1 求解内部区域单元类型为 2D quard 121,外部无限单元类型为 2D infquard 110,其中 AZ 改为 volt, 4noded quard 改为 8noded 2、几何模型
由于求解区域及场源的对称性，选用 1/4 平面进行建模，导体球半径设为 0.2，求解区域内部半径设为 5，外部设为 10 模拟无限远情况。
进行布尔运算完成建模。ANSYS 几何建模如图 2 所示。
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基于 Ansys 平台的电磁场数值仿真实验：王心电气 0914 1091181426
图 2 完成建模 3、区域属性定义及网格划分
实验中是中心带圆孔方板的四分之一模型，其网格反映了疏密不同的划分原则。小圆孔附近电场强度变化大，采用了比较密的网格。较远处梯度较小，网格分得较稀。采用疏密不同的网格划分，既可以保持相当的计算精度，又可使网格数量减小。
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基于 Ansys 平台的电磁场数值仿真实验：王心电气 0914 1091181426
加精确，但是也增加了计算的方程个数，使运算时间变长。在计算数据变化梯度较大的部位(如实验中加压圆弧表面)，为了较好地反
映数据变化规律，需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。
划分结果如图 3 所示
图 3 网格划分结果 4、加压，无限边界设定，计算

静电场的模拟与描绘实验报告

静电场的模拟与描绘实验报告静电场的模拟与描绘实验报告一、实验目的本实验旨在通过静电场的模拟与描绘实验，了解和掌握静电场的特性，通过实验数据直观地认识静电场的分布与变化规律，增强理论与实践相结合的能力。

二、实验原理静电场是指电场中由于带电体之间的相互作用而产生的电场力，其基本特征包括电场强度、电势差、电容等。

静电场的模拟与描绘实验通过在导电介质上施加静电荷，利用其产生的电场力作用，模拟实际带电体的电场分布与变化。

三、实验步骤1.准备实验器材：导电介质（如金属板、金属丝等）、绝缘材料（如纸片、塑料片等）、静电发生器、测量仪表（如电压表、电流表等）、电源等。

2.搭建实验装置：将导电介质放置在绝缘材料上，通过静电发生器在导电介质上施加静电荷，连接电源和测量仪表，准备进行实验。

3.进行实验：开启电源，调整静电发生器，使导电介质带上静电荷，观察并记录测量仪表的读数。

4.记录数据：将实验过程中测得的各项数据记录在实验记录表中，包括时间、电压、电流等。

5.分析数据：根据记录的数据，分析静电场的分布与变化规律。

6.整理器材：实验结束后，断开电源，拆除实验装置，整理实验器材。

四、实验结果及分析根据实验数据，我们可以得出以下结论：1.静电场的分布是不均匀的，导体表面附近的电场强度最大，随着距离的增加，电场强度逐渐减小。

2.静电场的分布与带电体的形状、大小、位置等因素有关。

例如，球体带电后在周围空间产生的电场分布呈球对称性，而平板带电后在周围空间产生的电场分布则为二维平面对称性。

3.通过测量仪表的读数可以发现，随着时间的推移，静电场的电势差和电流会发生变化。

这是因为在静电场中，电势差和电流的存在会导致电荷的迁移和分布变化，从而影响电场的分布和强度。

4.通过对比不同材料和不同形状的导电介质在相同条件下产生的静电场分布情况，可以发现不同材料的导电性能和介电常数等因素对静电场的分布和强度有显著影响。

综上所述，本实验通过静电场的模拟与描绘，揭示了静电场的分布与变化规律。

matlab 编写二位静电场有限元程序

matlab 编写二位静电场有限元程序《MATLAB编写二维静电场有限元程序》在工程领域中，静电场是一个非常重要的概念，它在电力系统、电子设备和传感器等领域都有着广泛的应用。

为了研究和分析静电场的分布情况，有限元方法是一种非常有效的数值计算方法。

本文将探讨如何使用MATLAB编写二维静电场有限元程序，以便更深入地理解这一主题。

一、准备工作在开始编写程序之前，首先需要了解静电场的基本原理和有限元方法的原理。

静电场是由电荷引起的，而有限元方法是一种数值计算方法，用于求解微分方程。

掌握这些理论知识对于编写静电场有限元程序至关重要。

二、程序基本框架1. 定义网格：将二维区域划分为多个小单元，在每个单元内进行计算。

2. 建立有限元方程：根据电场的基本方程和有限元方法，建立离散的数学方程。

3. 求解方程：使用MATLAB的求解器求解离散方程，得到电场分布。

4. 可视化结果：将计算得到的电场分布以图形的形式展现出来，便于分析和理解。

三、具体步骤1. 定义网格：首先需要定义二维区域的网格，在MATLAB中可以使用meshgrid函数来实现。

将区域划分为多个小单元，确定每个单元的节点和连接关系。

2. 建立有限元方程：根据电场的基本方程和有限元方法的原理，建立离散的数学方程。

在二维静电场问题中，通常使用拉普拉斯方程来描述电场分布。

将区域内的拉普拉斯方程离散化，得到线性方程组。

3. 求解方程：利用MATLAB中的矩阵运算和求解器，求解离散化得到的线性方程组，得到每个单元的电场分布。

4. 可视化结果：将计算得到的电场分布以图形的形式展现出来。

可以使用MATLAB的plot函数将电场的大小和方向以矢量图的形式展现出来，也可以使用contour函数将电场的等势线展现出来。

四、个人观点和理解通过编写二维静电场有限元程序，我进一步加深了对静电场和有限元方法的理解。

我也发现了MATLAB强大的数值计算和可视化功能，能够很好地帮助工程师和科研人员进行静电场分析和研究。

静电场的复势函数与模拟法描绘电场线的原理

静电场的复势函数与模拟法描绘电场线的原理1. 引言在物理学中，静电场是一种由电荷引起的场景。

通过研究静电场，我们可以更好地理解电磁现象并应用于很多领域，如电力工程、电子技术等。

本文将探讨静电场的复势函数以及如何利用模拟法描绘电场线的原理。

2. 复势函数的定义与性质2.1 复势函数的定义复势函数是静电场中的一种数学描述，它是电场的标量函数。

在二维空间中，复势函数用Φ表示，公式定义为：Φ(x, y) = -∫E·dl 其中，E是电场强度，l是路径上的微小位移。

2.2 复势函数的性质复势函数具有以下性质： - 在静电场中，电场强度是势函数的梯度。

即E = -∇Φ，其中∇表示梯度算子。

- 复势函数满足拉普拉斯方程：∇²Φ = 0。

根据这个方程，我们可以得到复势函数的解析表达式。

3. 模拟法描绘电场线的原理模拟法是一种常用的数值计算方法，适用于计算机模拟和绘制电场线。

下面将介绍模拟法描绘电场线的基本原理。

3.1 离散化空间首先，我们需要将连续的空间离散化为网格。

选择适当的网格大小和精度对于模拟结果的准确性非常重要。

通常，较小的网格大小可以提供更精细的模拟结果，但同时也增加了计算量。

3.2 初始化边界条件在模拟开始时，我们需要初始化边界条件。

边界条件是电场线开始和结束的地方。

通常，我们可以将边界上的点设定为已知电势值，然后根据这些已知值来计算其他点的电势。

3.3 迭代计算电势使用迭代方法来计算网格中每个点的电势。

我们可以根据离散化的拉普拉斯方程进行计算，通过迭代来逐步逼近电势函数的解。

这一过程需要重复执行，直到达到收敛条件。

3.4 描绘电场线一旦电势函数计算完成，我们可以通过计算电场的梯度来获得电场线的方向。

电场线与等势线垂直，因此我们可以根据电势函数的梯度方向来描绘电场线。

4. 实例分析为了更好地理解静电场的复势函数与模拟法描绘电场线的原理，我们可以通过一个实例进行分析。

假设有一均匀带电平板，电势为V0，分别位于坐标系的x轴上两侧。

模拟静电场完整版文档

电极之间产生静电场。
B
r A 2
( 图 a)
如图b1所示为垂直轴线的一截面S，
由于对称性，截面S内有均匀分布的辐
射状电力线。设内外柱面各带等量异号
电荷 q和，q作半径为r的高斯面,如图
b2所示（柱面），设此面的场强E，由
高斯定理得：
2rhE q0

S AB
S
A
r
B
E q
2rh0
(图b1)
(图b2)
模拟静电场
中国地质大学数学与物理学院
模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现的、不易测量的状态和过程。
一般情况，模拟可恨为物理模拟和数字模拟，对一些物理场的研究主要采用物理模拟，如用光测弹性模拟工件内部应力的分布等。数字模拟就是也是一种研究物理场的方法，它是把不同本质的的物理现象或过程用同一数学方程来描绘。
由上式得
，这就是拉普拉斯方程，在二维场中可记作
❖ 由上式得 2 0，这就是拉普拉斯方程，在二维场中可记作
2
x2
2
y2
0
❖ 2、流体得二维无旋稳恒场
❖ 飞布机记机作翼V周，围按的照空散气度流的动定可义以：看作势无旋稳恒j流•场ds，把流体的速度分 •j lim[ s ] 0
❖ 上源式，右故边此是项从为单零位，体即积：流出•的V流量0，若我们考虑的区域里没有流体的
电势分布为：
ln r2
U
r
U
1
ln
r r2 r1
电场强度分布为：Er
U In(r2 /r1)
•1 r
由此可见：U r 和U r ， E r 和E r 分布函数完全
相同完全可以用同柱圆形电极的电流分布模

Ansys二维静电场分析

使用ANSYS工具条的SAVE_DB按钮来保存一个数据库备份。在需要的时候可以恢复模型数据。 Utility Menu>File>Resume from（恢复上一次保存的数据库） Utility Menu>File>Resume Jobname.db（可以选择保存过的数据库）
2014-2-23 14
19
以表格方式显示数据

Main Menu>General Postproc>List Results>Element Solution Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu
16
将所需结果读入数据库
Utility Menu>List>Results>Load Step Summary 如果所定义的时间值处并没有计算好的结果，Ansys将在该时刻进行线性插值计算。对于线单元（LINK68），只能用以下方式得到输出结果。 Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table Main Menu>General Postproc>Element Table>Plot Elem Table Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Elem Table
选择为area
单击
2014-2-23 34

用模拟法测绘静电场

用模拟法测绘静电场静电场是由于电荷的存在所形成的一种场。

在工程应用中，我们需要测绘静电场的大小和分布情况。

传统的方法是基于电场的数学公式和物理原理来推导计算。

但是，这种方法有一定的局限性，特别是针对复杂、非均匀的场。

因此，模拟法成为一种可行的测绘方法。

模拟法的基本思想是通过建立一个类似于真实场的模拟场，然后对模拟场进行测量，最终得到真实场的分布情况。

下文将分别介绍模拟法的两种典型应用方法：有限差分法和有限元法。

一、有限差分法有限差分法是一种常见的数值计算方法，适用于离散化的问题，如在空间离散的点上计算电场值。

其基本思想是通过在真实场中选取有限的点来模拟真实场，在这些点上计算电场的值，然后通过差分运算得到电场的梯度和变化率，从而获得真实场的分布情况。

以二维空间中Z向高度为一定的圆板的静电场为例，假设圆板半径为a，距离Z为d，其电势函数为：V=1/4πε \cdot Q/(√(R^2+d^2 ))其中Q为圆板上的总电荷，R为观测点到圆板上某一点的距离。

在有限差分法计算中，我们需要将观测区域离散化，假设网格尺寸为dx和dy，那么在一个包围圆板的区域内，我们可以取N个点来模拟真实场，如下图所示：在每个观测点上，我们可以计算出电势V的值，根据差分公式，可以得到电场分布情况：Ex=(V(i,j+1)-V(i,j))/dy在此基础上，我们可以进一步计算出电势和电荷分布，并进行可视化，如下图所示：有限元法是一种计算机模拟模型，它将真实场分成很多小区域，每个小区域内的场是简化的，由一组近似函数来表示。

这些近似函数通常称为有限元函数，它们可以是线性、二次或高次函数。

有限元法首先通过三角剖分将真实场划分为多个局部小区域，然后在每个小区域内选取有限的节点来建立有限元函数，形成有限元网格。

对于每个小区域内的有限元函数，我们可以用一些已知的方程或物理定律来计算电势和电场分布。

以空间中三维空心球的静电场为例，下图展示了有限元法计算中所用的有限元网格：在每个小区域中，我们可以用一组相应有限元函数来近似表示电势和电场分布。

《物理实验》模拟法测绘静电场-精品文档

V
r
实验
为纵坐标，标出6个点（理论上在一条
直线上），作出一条直线； (3) 在数据记录纸上描绘等势面和电场线（二者相交处互相垂直）。（参阅《大学物理》上册P191）
2. 测两圆柱形电极的等势面（即两长直平行
导线的静电场分布），分别测0、1、2、3、4、5、 6、7、8v各8个点，在数据记录纸上描绘等势面和电场线。（参阅《大学物理》上册P191）
所谓模拟法，就是通过一定的方法模仿实际情况进行测量的方法，其特点是仿造一个电场（称为模拟场），使之与待测的静电场完全一致，且两个电场相对电势函数相等。例如，
Vr 同轴柱面静电场的电势函数为 V 1
rb ln V r r 定电流场的电势函数为 V = ，而且当用探针测 r 1 ln b ra
rb r = r b ，而恒 ln ra ln
模拟法测绘静电场
实验目的 1. 学会用模拟方法测绘具有相同数学形式的物理场； 2. 描绘出分布曲线及场量的分布特点； 3. 加深对各物理场概念的理解； 4. 初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。实验仪器 GVZ-3型导电微晶静电场描绘仪（包括导电微晶、双层固定支架、同步探针等）。
实验原理
正极
负极
电源
0v，内边缘 2v
4v
6v 8v
10v，外边缘
表1
V实验（ v)
测量同轴柱面形电极的等势面 0 2 4 6 8 10
r (mm) rb ln r
rb r V 理论 (r ) = V0 r ln b ra ln
相对误差 E= V理论 - V实验 V实验 ×100%
依据数据记录纸上所测数据点， (1) 完成表1； (2) 在直角坐标纸上，以 l n r b 为横坐标，

静电场典型问题的仿真

9 静电场典型问题的仿真1点电荷仿真首先，启动Maxwell 控制面板，点击projects按钮，弹出projects管理窗口，在此可以对项目进行一些操作，如新建、删除、拷贝等等。

1）点击new按钮，新建一个项目，会谈出对话框，提示输入项目名称。

确定之后，会自动进入该项目。

2）进入项目之后，选择solver 为electrostatic，drawing为rz plane.选择plane 的依据参见下图，下图为Maxwell 2D可以仿真的两种结构，都是轴对称的结构。

Xy plane 是对称轴垂直画面的，而rz plane 的对称轴是平行于画面的。

3) 点击define model，进入2D Modeler，在2D Modeler中，进行几何结构的绘制。

在本窗口中，可以根据仿真的实际结构尺寸来设置绘图单位和尺寸，在model菜单内，我们对点电荷采用微米。

由于不存在点的对象，要模仿点电荷只能用半径很小的带电金属球来代替，在rz plane 中，小球通过在绕v轴旋转的半球来实现，如图所示。

我们的半球通过软件提供的图形直接划出来。

在菜单下面的快捷图标中的第二个即是。

然后在画一条直线将半圆的两个点连起来，软件中闭合的形状才能成为可以仿真的对象。

连接之后，提示给对象起名，键入对象名，缺省情况第一个对象为object1，接下来的对象按次序依次为object2, object3等等。

4）define material and boundaries几何结构完成之后，对该结构进行物质与边界的配置。

点击setup materials, 进入材料配置模块。

在object列表中第一项为background，这个对象是任何项目一个都有的对象，场要占有一个空间，该对象等同一个大的空间，其余的对象都在其中。

其缺省为真空(vacuum)，我们不做改变，如仿真介质中的情况，可做改变，改变方法可参照下面对自荐对象的做法。

第二个对象为我们建立的object1，我们选中它，然后点击，下面的material列表，从中选择相应的物质，对本例来说我们选择perf_conductor(理想导体)，然后点击assign。

模拟静电场

模拟静电场简介静电场是一种存在于带电粒子周围的力场，它是由于带电粒子的电荷引起的。

在物理学中，静电场是研究范围广泛且重要的一部分，可以应用于各种领域，如电力工程、电子学和生物学等。

为了更好地理解静电场的性质和行为，科学家们通过模拟和实验方法进行研究。

本文将介绍如何使用模拟方法来模拟静电场，并给出一些常见的模拟实例。

模拟方法在模拟静电场时，我们可以使用计算机模拟的方法。

通过在计算机上建立数学模型，并运行相关的模拟算法，我们可以模拟出静电场的各种性质和运动规律。

常见的模拟方法包括：1.粒子方法：采用粒子模型来描述电荷的位置和运动状态，通过模拟粒子的相互作用来模拟静电力场。

常用的粒子模拟算法包括质点法和粒子法等。

2.网格方法：将空间划分为网格，通过计算网格点上电荷的叠加效应来模拟静电场。

常见的网格模拟算法包括有限差分法和有限元法等。

3.边界元法：将带电物体的表面分割为小元素，通过计算边界上的电荷叠加效应来模拟静电场。

边界元法可以非常准确地计算复杂形状物体的静电场。

4.装配法：将静电场模拟问题抽象为一个线性方程组，并使用矩阵装配和求解方法来求解方程组，从而得到静电场的解。

模拟实例1. 粒子模拟粒子模拟方法常用于模拟小尺寸的物体，例如分子和原子。

在粒子模拟中，每个粒子的位置和电荷状态都被建模，并通过求解牛顿方程和库仑定律来计算粒子间的作用力。

通过迭代计算，我们可以模拟出粒子的运动轨迹和静电场分布。

下面是一个用粒子模拟方法模拟带电粒子在二维空间中的运动轨迹的示例代码：import numpy as npclass Particle:def__init__(self, x, y, q):self.x = xself.y = yself.q = qdef get_force(self, particle):dx = particle.x -self.xdy = particle.y -self.yr = np.sqrt(dx**2+ dy**2)f =self.q * particle.q / r**2fx = f * dx / rfy = f * dy / rreturn fx, fydef update(self, particles, dt):ax =0ay =0for particle in particles:if particle !=self:fx, fy =self.get_force(particle) ax += fxay += fyself.x +=self.vx * dt +0.5* ax * dt**2self.y +=self.vy * dt +0.5* ay * dt**2self.vx += ax * dtself.vy += ay * dtparticles = [Particle(0, 0, 1),Particle(1, 0, -1),Particle(0, 1, -1),Particle(1, 1, 1)]dt =0.01for _ in range(1000):for particle in particles:particle.update(particles, dt)2. 网格模拟网格模拟方法常用于模拟较大尺寸的物体，例如金属导体和电力设备。

Maxwell 软件培训—2D静电场

存档会删除部分文件（如求解结果和网格信息）以节省磁盘空间，但基本的模型信息仍保留
压缩
BACK
存档
22
Project Commands
当前所有项目列表待删除项目列表
Note 点击确定删除后，不可恢复
BACK
23
Project Commands
所有项目文件夹列表当前所要复制源文件路径显示
Maxwell 的高级使用
• • • 手动设置网格剖分参数或人为干预网格自适应剖分利用场计算器进行进一步场量计算分析多场耦合协同分析*
13
Maxwell 2D 界面功能 ( Control Panel )
【ANSOFT】——介绍Ansoft公司的联系方式、产品信息和基本配置等
【PROJECTS】——所有的求解文件和操作均在此目录下【TRANSLATORS】——文件类型转换器
磁场模块
2D
Maxwell 3D
静电场
电流场
瞬态场温度场参数化和优化设计等效电路提取器
3
Maxwell 软件简介
• Maxwell 软件的特点
友好的界面操作的简便性方便灵活的建模自适应网格剖分方便的后处理显示强大的场计算器
2D 建模器
4
Maxwell 软件简介
• Maxwell 软件的特点
相应菜单栏
逆时针画圆弧
画样条线加入文本注释【Object】
改变物体颜色
单击改变属性测量图形距离
【Edit】
【Model】
画矩形
画圆移动物体
放大物体
缩小物体全局显示【Window】
旋转物体
镜像物体
【Arrange】

用模拟法描绘静电场

用模拟法描绘静电场
湖南工业大学物理实验中心
用模拟法描绘静电场
• 实验目的 • 实验仪器 • 实验原理 • 实验内容及操作 • 注意事项
实验目的
• 本实验用稳恒电流场分别模拟长同轴圆形电缆的静电场、平行导线形成的静电场、劈尖形电极和聚焦。具体要求达到: • 1、学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。 • 2、描绘出分布曲线及场量的分布特点。 • 3、加深对各物理场概念的理解。 • 4、初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
过的导电介质中，电极上的电荷一边流失，一边由电源补充，在
动态平衡下保持电荷的数量不变。所以这两种情况下电场分布是相同的。
实验内容及操作
• 1、描绘同轴电缆的静电场分布： • 利用图2(b)所示模拟模型,将导电微晶上内外两电极分别与直流稳压电源的正负极相连接，电压表正极与同步探针正极相连接，移动同步探针测绘同轴电缆的等位线簇。要求相邻两等位线间的电位差为1伏，对称的画出八条电力线，每条等位线上至少对称的打十二个点，以每条等位线上各点到原点的平均距离r为半径画出等位线的同心圆簇。然后根据电场线与等位线正交原理，再画出电场线，并指出电场强度方向，得到一张完整的电场分布图。并将测量值与电场分布理论值比较，做出误差分析。
b b
2 t
r
r
2 t
r
图2同轴电缆的模拟模型
总电阻为（半径ra到rb之间圆柱片的电阻） r r dr Rr r ln b （8） 2 t r r 2 t r
b a b a
a
因两圆柱面间所加电压为U0，则径向电流为
I U0 2 tU 0 R ra rb ln rb ra
• （二）实验仪器：静电场描绘仪电源、水槽电极、导线、探针。其图为：

11.2.2二维静电场数值仿真+-+二维静电场数值仿真实验指导书

实验二二维静电场数值仿真试验一、实验目的1．在仿真过程中学会使用ANSYS软件。

2．学会边值问题的建模方法。

3．学会用仿真软件检验对电磁场分布的猜测。

二、实验类型本实验为验证型教学实验。

三、实验仪器配备有ANSYS软件平台的台式计算机。

四、实验原理本实验是在ANSYS平台上开发的。

ANSYS是国际上著名的有限元软件包，可对结构力学、流体力学、传热学和电磁学等领域的问题进行求解。

其特点是图形界面友好，易学，前后处理功能强大。

在ANSYS平台上开发电磁场数值仿真实验，只需将问题的求解过程描述清楚，按照给定步骤上机操作，即可得到预期结果。

五、实验内容图1 仿真计算模型（图中a、D可自定）仿真实验包括静电场实验和恒定磁场实验，可任选一个。

对于静电场实验，图1中两导体电位分别为100V和-100V（可自定）；对于恒定磁场实验，图1中两导体电流密度分别为10000A/m2和-10000A/m2。

根据几何结构和源分布的对称性，仿真实验可选用1/4或1/2平面进行建模。

实验分为两步：第一步，按照给定步骤和给定参数上机操作；第二步，尝试改变某些参数，观察仿真结果的变化。

六、实验步骤1.开始→程序→ansys5.6→license status→server（等待）→quit（不能按其他选择）2.开始→程序→ansys5.6→interactive（出现界面）→run（出现界面）→3.ANSYS Main Menu（左侧主菜单）→preferences→electric（点击白框打勾）→ok（预设问题归属）→4.ANSYS Main Menu→preprocessor→material props→-constant-isotropic→1→ok→perx 1→ok（给定材料相对介电常数）→5.ANSYS Main Menu→preprocessor→element type→add/edit/delete→add→electrostatic →2D quard 121→ok（设定内部单元类型）→6.(ANSYS Main Menu→preprocessor→element type→)add/edit/delete→add→infiniteboundary→2D infquard 110→ok→option→AZ改为volt, 4noded quard改为8noded→（设定外部无限单元类型）close→7.(ANSYS Main Menu→preprocessor→modeling→create→-Area- circle→partialannulus→wp x 1, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 0.2, theta-2 180, apply→wp x -1, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 0.2, theta-2 180, apply→wp x 0, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 5, theta-2 180, apply→wp x 0, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 10, theta-2 180,ok（创建几何模型）→8.(ANSYS Main Menu→preprocessor→modeling→operate→-booleans-overlap→area→pick all（模型各部分之间集合运算）→9.(ANSYS Main Menu→preprocessor→modeling→delete→area and below→光标选中两个小圆，ok（删除导体部分）→10.(ANSYS Main Menu→preprocessor→-attributes- define→pick areas→光标选中有两个小圆缺口的内半圆，apply→apply→光标选中外半圆，ok→1 plane121改为2 infin110→ok（定义区域属性）→11.(ANSYS Main Menu→preprocessor)→mesh tool→lines set→光标选中外层两条弧线，apply→ndiv 50 →apply→光标选中外层扇形左右两条底边，apply →ndiv 1→apply→光标选两小圆弧，apply → ndiv 20 →apply→光标选中两小圆弧之间的两条小线段，apply→ndiv 20→apply→光标选中两小圆弧与大扇形之间两条长线段，ok→ndiv 20→ok→12.mesh tool菜单中选中quad 和 mapped，点击mesh →光标选中外部大扇形，ok（外部无限单元划网格）→13.mesh tool菜单中选中tri 和 free，点击mesh →光标选中有两个小圆缺口的内半圆，ok（内部有限单元划网格）→14.(ANSYS Main Menu)→solution→-loads- apply→-elecric- boundary→-voltage-on line→光标选中右小半圆，apply, 100，apply→光标选中左小半圆，ok, -100 ，ok（导体表面加电位）→15.(ANSYS Main Menu)→solution→-loads- apply→-elecric- flag→-infinite surf- online→光标选中最外边的半圆，ok（无限边界加标志）→16.(ANSYS Main Menu)→solution→-solve- current ls→ok（求解，等待）→close（关闭黄框）→ 关闭status command文件（白框）17.(ANSYS Main Menu)→general postproc→plot results→-contour plot-nodalsolu→dof solution elec poten volt ok（显示电位9色云图）→18.emag 3d utility menu→plot ctrls→device options→shading win32点击改为contours win32c ， vocter mode off 点击改为on, ok→19.emag3d utility menu→plot ctrls→style→contours→uniform contours→ncont100 ，ok（显示等电位线分布）→20.(ANSYS Main Menu)→general postproc→plot results→-vector plot-predefined→flux and gradient→选择D或EF（箭头显示电位移矢量或电场强度）→21.emag 3d utility menu→plot ctrls→pan, z oom, rotate→（可以移动、放大、缩小图形）22.ansys toolbar→选择quit-no save！ok→(退出ANSYS)七、实验注意事项为了避免仿真过程中重复建模，应对数值仿真的中间过程适当保存备份。

Ansys二维静电场分析3

设置空间介电常数Main Menu>Preprocessor>Material Props>Electromag Units选择user-defined，单击ok将介电常数permittivity改成8.854e-6单击ok设置材料属性Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models双击，修改相对磁导率填入1，单击ok最后关闭材料对话框构造几何模型1、画圆形导体Main Menu> Preprocessor>Modeling> Create> Areas>Circle>Partial Annulus输入单击apply画两个1/4圆输入单击输入单击交迭重合图形Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate>Booleans>Overlap>Areas单击压缩面号Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers选择为area单击显示面号和颜色Utility Menu> PlotCtrls> Numbering选中单击剖分网格设置网格大小Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>SmartSize>Basic将网格大小设为4单击设置网格类型Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts设置成三角形网格tri单击Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free单击单击选择Utility Menu>Select>Entities 选择填入单击①②单击填入选择选择设置线网格大小Main Menu>Preprocessor>Meshing> Size Cntrls> ManualSize>Lines>Picked Lines单击设置成1单击修改缺省划分属性Main Menu>Preprocessor>Meshing> Mesh Attributes>Default Attribs修改为设置网格类型Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesher Opts设置成设置成四边形网格Quad单击划分远场部分Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas >Free。

标量场和静电场的仿真分析

实验一标量场和静电场的仿真分析实验目的：1、掌握标量场的梯度计算方法，理解梯度的物理意义；2、掌握点电荷产生的电场特性；3、熟悉多个极性不同的点电荷形成的点电荷系的电场特性；4、熟悉电偶极子的电场特性以及电力线和等位线的关系。

实验原理：1，标量场：标量场u 沿指定方向的变化率就是标量场在该方向的方向导数就是标量场的梯度，计算公式为由此就可以计算出标量场的梯度。

2．静电场：电位表达式这就是等位面方程．在Matlab 中可求解该方程并用极坐标作图，即可得到电场的等位线图(也可画出三维立体等位面图，如图4)．电位求出后就可得到球坐标系下电场E 的表达式实验步骤：1、标量场的梯度和等位线仿真（1）建立梯度的数学模型（2）利用matlab 软件进行仿真（3）观察并分析仿真图中梯度和等位线之间的相互关cos cos cos u u u u l x y zαβγ∂∂∂∂=++∂∂∂∂()(cos cos cos )x y z x y z u u u e e e e e e x y z αβγ∂∂∂=++⋅++∂∂∂()(cos cos cos )x y z x y z u u u u e e e e e e l x y z αβγ∂∂∂∂=++⋅++∂∂∂∂系2、点电荷系的电位分布（1）建立点电荷系电位的数学模型（2）利用matlab软件进行仿真（3）观察并分析仿真图中电位分布的特点3、电偶极子的场（1）建立电偶极子的电位和电场的数学模型（2）利用matlab软件进行仿真（3）观察并分析仿真图中电位线和电力线的特点和关系实验报告要求：（1）抓仿真程序结果图（2）理论分析与讨论[例1 ] 求二维标量场u( r) = y2 - x 的梯度。

理解梯度的关键是：梯度是与等值面垂直的一个矢量。

Matlab程序如下：[x,y]=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:2); %设定坐标x，y的范围z=y.^2-x; %计算公式[px,py]=gradient(z,.2,.2);contour(z) %求梯度hold onquiver(px,py) %绘制梯度图像hold offtitle('等值线与梯度'); %图像标题理论分析：由实验原理中梯度的概念和计算公式，按照题目的要求就可以得到上图所示的图形。

035二维静电场

1.1 二维静电问题1.1.1 问题描述一个带挡板的变压器模型，如图8-1所示。

其中指定的几条边上给定第一类边界条件，边界上每点都约束住，电位值分别为0和25，介质的介电常数为8.854e-12，求解它的电位分布。

第一类边界u＝0 第一类边界u＝25 第二类边界变压器挡板图8-1-1 带挡板变压器模型1.1.2 求解步骤1.1.2.a 选择项目(1)启动SciFEA ，选择“项目”—>“新建项目”菜单或选择新建项目按钮弹出如图8-1-2所示的对话框。

图8-1-2 选择项目类型对话框(2)点击“问题类型”栏中的“二维稳态电场”选项。

如图8-1-2所示。

(3)点击“OK ”按钮完成项目类型的选择。

1.1.2.b设置材料参数和边界条件(1)选择“前处理”—>“材料参数”按钮，如图8-1-3所示。

或者单击工具条中的按钮弹出如图8-1-4所示材料参数数据输入表格。

图8-1-3 选择材料参数输入图8-1-4 材料参数输入对话框(2)按照问题描述中的参数依次填入材料参数数据表格。

填写完成后如图8-1-5所示。

图8-1-5 填写完成材料数据输入(3)选择“前处理”—>“边界条件”按钮，如图8-1-6所示。

或者单击工具条中的按钮弹如图8-1-7所示数据输入表格。

图8-1-6 选择边界条件输入图8-1-7 边界条件输入对话框(4)按照问题描述中的参数依次填入边界条件数据表格。

填写完成后如图8-1-8所示。

图8-1-8 填写完成边界条件输入1.1.2.c建模、设置材料属性和施加边界条件(1) 启动GID以创建模型。

点击菜单选择“前处理”—>“电磁”—>“二维静电场”，如图8-1-9所示。

或者单击工具条中的按钮弹出如图8-1-10所示前处理初始化窗口。

图8-1-9 启动前处理图8-1-10前处理初始化窗口(2) 建模。

a.点击菜单【Geometry】-【Create】-【Line】，创建直线，在命令栏中依次输入坐标5.75,1.5，按Enter键，输入7,1.5，按Enter键，输入7,6，按Enter键，输入0,6，按Enter键，输入0,2，按Enter键，输入3,2，按Enter键，输入3,0，按Enter键，输入5,0，按Enter键，输入5,0.5，按Enter键，输入7,0.5，按Enter键，输入7,1，按Enter键，输入5.25,1，按Enter键，生成直线如图8-1-11所示。