Ansys电磁场分析经典教程

• 阶跃电压
• PWM(脉宽调制） （Pulse Width Modulation) • 任意
1-3
•
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
•
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
1-4
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 衔铁
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
这种操作后，原先平面被删除， 而新的平面被重新编号
1-19
• 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
B
励磁体1/4对称模型
B
1-44
•
单元plane13 and plane53 用于模拟2D磁 场 – Plane13: 4 节点四边形 • 耦合场自由度：温度，结构，磁 • 电源为Z方向 • B 为线性变化 • 适用于：
• 选择 OK
1-37
第二章 第2节
二维静磁学
1-38
EMAG 模拟的概念
A
• 模型边界条件有: – 磁通量垂直 – 磁通量平行 – 周期性对称 * • 偶对称 • 奇对称 • 根据单元方程式施加边界条件 – 矢量(2D 或3D) – 标量 (3D) – 基于单元边 (3D)
B
B
铁芯
A
空气
*在第2章来讨论
目录
第一章 电磁场仿真简介……………………………………….... …….... …….... …….... …….... 第二章 二维静态分析 第1节……………………………………………………………………………..… 第2节……………………………………………………………….……….……… 第3节…………………………………………………………………….….……… 第4节…………………………………………………………………………..…… 第5节……………………………………………………………………………..… 第三章 二维谐波和瞬态分析 第1节…………………………………………………………………………….…. 第2节…………………………………………………………………...………….. 第四章 三维电磁场分析 第1节…………………………………………………………………………...….… 第2节…………………………………………………………………….……….... 第3节………………………………………………………………….…..…….…. 第4节………………………………………………………………….……...……. 第5节…………………………………………………………………….…...……. 第五章 耦合场分析概况……………………………………………………………………………..
选择OK
• 打开绘制单元的材料属性 Utility>PlotCtrls>Numbering
• 选择 OK
1-24
• 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 – 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
1-4
2.1-1 2.2-1 2.3-1 2.4-1 2.5-1
3.1-1 3.2-1
4.1-1 4.2-1 4.3-1 4.4-1 4.5-1 5-1
1-1
第一章
教程综述
1-2
• • •
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
• 选择 OK
1-29
• 给线圈平面施加电流密度 • 选择线圈平面 Utility>Select>Entity
• 选择OK ( 实体选择框) • 选择线圈平面 • 选择 OK (选取框内)
1-30
• 激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积. Preprocessor>Operate>Calc Geometric Items>Of Areas • 选择OK • 要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREA Utility>Parameter>Get Scalar Data
B
B
1-41
• 半对称模型与全模型比较： – 磁通量密度是相同的 – 线圈上Lorentz 力是相同的 – 贮能为 1/2 – 极面上力为 1/2
– 加载电流密度与全模型相同
简单导磁体的半对称模型
线圈 (象征性的)
1-42
• 沿B-B磁通量垂直边条件需满足 – B-B线上下两边如下参数是相同的 • 几何形状 • 材料性质 – B-B线上下两边励磁相同
• 选择 OK
1-33
•
进行计算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve
• 选择OK
这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略
1-34
• 生成磁力线圈 Postproc>plot results>2D flux lines • 选择 OK
使用缺省设置，选择OK, （在通常情 况下，可这样做）
Y
材料号 2
衔铁 长度=35
材料号3
线圈励磁为直流电流: 2 安 培
Coil
模型 轴对称 单位 (mm)
X
1-9
•
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
1-10
• 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
1-13
•
定义材料 Preprocessor>Material Props>Isotropic
•
定义空气为1号材料(MURX = 1)
单元边缘围绕的一个红色输廓表示该 区域为同类材料号
1-35
• 计算力 Postproc>Elec&Mag Calc>Comp. Force
必须用鼠标选取
• 选择 OK
衔铁上力是在总体坐标 系下表示的，此力的方 向为使气隙缩小
1-36
•显示总磁通密度值 (BSUM) Postproc>Plot Results>Nodal Solution
– Neumann 条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型边界
1-40
• 沿A-A 通量平行边界条件需满足：
A
Pole Face
– 模型中A-A 的左边和右边是相同 的
• 几何形状相同
• 材料属性相同
– 左边和右边励磁相位差180度（ 即方向相反） • 对称平面边界条件 – 沿A-A必须加约束
A
（1/2）对称模型
B B
Quarter symmetry model of the simple magnetizer
• 对称面 (B-B)边界条件 – 2D磁矢量势(MVP)方式，无须处理
– 加载电流与全模型相同
1-43
• 1/4模型与全模型比较 – 磁通密度分布相同 – 贮能为1/4 – 所示线圈上的Lorentz力 1/2 – 作用在极面上力为1/2
利用TAB 键移动输 入窗口
• 选择Apply (重复显示和输入) • 建立线圈面
• 选择 Apply
1-17
• 建立空气面
• 选择 OK
到了这步，建立了全部平 面，但它们还没有连接起 来.
衔铁 线圈
1-18
• 用Overlap迫使全部平面连接在一起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas • 按Pick All
•
线圈
锭子 实体模型
•
1-5
•
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
1-6
• •
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
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
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• 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）
1-15
• 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）
1-16
• 建立衔铁面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions
• 选择 OK
1-27
• 加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force