ANSYS电机多场耦合分析

ANSYS多物理场耦合及高性能计算

2 ANSYS多物理场耦合技术和方法
Maxwell +ANSYS Thermal+ ANSYS Mechanical 电机磁场焦耳热--温度计算电机结构分析电机磁场电磁力
2 ANSYS多物理场耦合技术和方法
Maxwell +ANSYS Fluent 变压器磁场焦耳热--温度场、流场计算
Maxwell网格 Fluent 导入后焦耳热
• 将软件与硬件充分融合，发挥最大的效益
典型的高性能系统的软硬件构成
• 硬件系统
• • • • CPU 互联内存存储
• 系统软件
• 操作系统, 硬件驱动 • 并行计算中间件(PVM, MPI) • 任务调度负载均衡软件
• 应用软件
• FEA • CFD • CEM
高性能计算系统硬件选择
• 处理器 ( 核数+ 主频 ) :（决定求解速度） • CPU主频越高，单核的求解速度越快 • 多核求解进程可以缩短求解时间 • * 注意: 两核以上的求解需要更多的HPC license • 两种互联模式（不同算法，有所差异）
835 633 301
显式结构有限元算法HPC特性
12
10
11.21
Woodcrest 5160(3.0G) / Infiniband
Wall time (s)
• 内存建议最大4GB/核 • 需大容量磁盘
8
6.51
6 4Байду номын сангаас
2
3.17 1.65 0.95
• 需高性能互联
LS-DYNA 3-car collision
ANSYS CFX +ANSYS Thermal+ ANSYS Mechanical 汽车排气歧管流动分析--换热系数--温度场计算汽车排气歧管流动分析--压力 ANSYS Workbench: Integrated Simulation Process

ANSYS耦合场分析_热应力

例如: 如果结构网格包括在热模型中不存在的圆角时，许多节点将落在热模型的外面。如果圆角足够大而且热模型足够细致，圆角区域的载荷将不能写出。
10-15
基本过程
在热-应力分析中，由温度求解得到的节点温度将在结构分析中用作体载荷。当在顺序求解使用手工方法时将热节点温度施加到结构单元上有两种选项。选择的原则在于结构模型和热模型是否有相似的网格划分:
如果热和结构的单元有相同的节点号码. . .
1
• 热模型自动转换为结构模型，使用 ETCHG 命令(见相应单元表格)。 • 温度可以直接从热分析结果文件读出并使用LDREAD 命令施加到结构模型上。
10-3
直接方法 - 例题
在第七章对流部分中，介绍了FLUID66和FLUID116热—流单元。该单元具有热和压力自由度，因此是直接耦合场单元。
ANSYS有一些其他的耦合单元，具有结构，热，电，磁等自由度。绝大多数的实际问题只涉及到少数几个物理场的耦合。这里提供了几个涉及到热现象的直接耦合场分析。
• 不同场之间使用统一的单位制。例如，在热-电分析中，如果电瓦单位使用瓦(焦耳/秒)，热单位就不能使用Btu/s。
• 由于需要迭代计算，热耦合场单元不能使用子结构。
10-6
直接方法 - 加载, 求解, 后处理
在直接方法的加载，求解，后处理中注意以下方面： • 如果对带有温度自由度的耦合场单元选择瞬态分析类型的话： – 瞬态温度效果可以在所有耦合场单元中使用。 – 瞬态电效果(电容，电感)不能包括在热-电分析中(除非只是TEMP和VOLT自由度被激活)。 – 带有磁向量势自由度的耦合场单元可以用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62). 带有标量势自由度的单元只能模拟静态现象(SOLID5)。 • 学习每种单元的自由度和允许的载荷。耦合场单元允许的相同位置(节点,单元面等)施加多种类型的载荷 (D, F, SF, BF) 。 • 耦合场分析可以使高度非线性的。考虑使用Predictor 和 Line Search 功能改善收敛性。 • 考虑使用Multi-Plots功能将不同场的结果同时输出到多个窗口中。

ansys多物理场耦合技术和方法

ANSYS是一种广泛应用于工程领域的仿真软件，它提供了多物理场耦合分析的能力，用于模拟和解决多个物理现象相互作用的问题。

以下是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些常见应用：1. 结构-热耦合（Thermo-Structural Coupling）：这种耦合方法用于分析结构在热载荷下的变形和应力响应。

它可以考虑热传导、热辐射、温度梯度等对结构性能的影响，并通过结构和热传导方程之间的相互作用来解决这些问题。

2. 结构-电磁耦合（Electromagnetic-Structural Coupling）：这种耦合方法用于研究结构在电磁场作用下的响应。

它可以考虑电磁场的电流、磁场、电磁感应等对结构的影响，并通过结构和电磁场方程之间的相互作用来解决这些问题。

3. 流体-结构耦合（Fluid-Structure Interaction, FSI）：这种耦合方法用于模拟流体和结构之间的相互作用。

它可以考虑流体力学中的压力、速度、湍流、流体-固体界面等对结构的影响，以及结构对流体的阻力、振动等反馈作用。

4. 流体-热耦合（Fluid-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟流体和热传导之间的相互作用。

它可以考虑流体在流动过程中的热对流、辐射等对热传导的影响，以及热传导对流体温度分布的影响。

5. 电磁-热耦合（Electromagnetic-Thermal Coupling）：这种耦合方法用于模拟电磁场和热传导之间的相互作用。

它可以考虑电磁能量的吸收、热产生和热扩散等对系统温度分布的影响，以及温度对电磁特性的影响。

以上只是ANSYS多物理场耦合技术和方法的一些例子，实际中还有其他类型的耦合分析，如声-结构耦合、声-流体耦合等。

通过使用这些耦合技术和方法，工程师可以更准确地模拟和分析不同物理场之间的相互作用，从而更好地优化设计和解决实际问题。

ANSYS耦合场分析

ANSYS耦合场分析指南第三章2007-11-20 作者：安世亚太来源：e-works发表时间：关键字：ANSYS耦合场分析CAE教程3.141 静态分析对于静态分析，施加在换能器上的电压将产生一个作用在结构上的力。

例如如图 3 —3给机电换能器单元（TRANS126 ）施加电压（V l>V2 ）将产生静电力使扭梁旋转。

转换器单元本身就同时具有稳定和非稳定解，根据开始位置（初始间隙值），该单元可以收敛到任一个解。

静电换能器的静平衡可能是不稳定的。

增加电压电容板间的吸力增加间隙减少。

对间隙距离d,弹簧的恢复力正比于1/d静电力正比于1/d 2。

当电容间隙减少到一定值，静电吸引力大于弹簧恢复力电容板贴在一起。

相反地，当电压减小到一定值，静电吸引力小于弹簧恢复力电容板张开。

如图3 —4换能器单元有迟滞现象。

电压渐变到牵引值然后回复到释放值。

PositionPULL-IN 陽尸RELEASE__PULL-IN 忠赫療图3 —4机电迟滞如图及3 —5换能器单元本身有稳定及非稳定解。

该单元收敛到哪一个解依赖于起始位置（初始间隙大小）Force 8PULL-INVOLTAGEPOEASEFKJLLIM RELEASE图3 —5 TRANS126 单元静态稳定特性系统刚度由结构刚度和静电刚度组成，它可能是负的。

结构刚度是正的因为当弹簧拉长力增加。

但是平行板电容器的静电刚度是负的。

随间隙增加平行板间的吸力减少。

如果系统刚度是负的，在接近不稳定解时可能有收敛问题。

如果遇到收敛问题，用增强的刚度方法（KEYOPT（6）= 1）。

这个方法静电刚度设置为零保证正的系统刚度。

达到收敛之后，静电刚度自动重新建立可以进行后处理及后续的分析。

在静态分析中，必须完整定义横跨换能器的电压。

还可以施加节点位移和力，使用IC命令来施加初始位移可有助于问题收敛。

《ANSYSStructural Analysis Guide 》第二章对静力分析有详细描述。

ansys maxwell+workbench 2021 电机多物理场耦合

ansys maxwell+workbench 2021 电机多物理场耦合1. 引言1.1 概述本文旨在介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021在电机多物理场耦合方面的应用。

随着现代电力技术的迅猛发展，电机在各个领域中扮演着重要角色。

然而，电机设计与优化面临着许多复杂的问题，包括电磁场、结构和热场等多种物理场的相互影响。

因此，通过使用ANSYS Maxwell+Workbench工具来实现电机多物理场耦合模拟是一种有效的方法。

1.2 文章结构本文将分为五个部分进行阐述。

首先，在引言部分进行概述，并介绍文章结构。

第二部分将简要介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021工具的基本背景和功能特点。

接下来的第三部分将解析电机多物理场耦合的概念和原理，以便读者更好地了解该主题。

第四部分将重点介绍ANSYS Maxwell+Workbench在电机多物理场耦合中的应用，包括Maxwell在电磁场建模中的应用以及Workbench 在结构和热场建模中的应用，并通过实例讲解详细说明其使用方法。

最后，在第五部分对实验结果进行总结与分析，并展望该领域未来的发展趋势和应用前景。

1.3 目的本文的目的是向读者介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021工具在电机多物理场耦合中的应用。

通过了解该工具的基本背景、功能特点以及原理，读者能够更好地了解电机设计优化过程中多物理场相互耦合的问题，并学习如何使用ANSYS Maxwell+Workbench进行模拟和分析。

希望该文章能为电机设计和优化提供一定的指导，并对相关领域的研究人员和工程师有所帮助。

2. ANSYS Maxwell+Workbench 2021简介：2.1 ANSYS Maxwell简介：ANSYS Maxwell是一款电磁场仿真软件，旨在帮助工程师和设计师将电磁设计与虚拟原型建模相结合。

它提供了广泛的功能和工具，用于建模、分析和优化各种设备和系统中的电磁场问题。

2013 ANSYS UGM 电机多物理场分析解决方案及应用案例

ANSYS多物理场解决方案：WB平台多物理场分析
ANSYS多物理场解决方案：WB平台多物理场分析
ANSYS Workbench… Multi-physics platform
Drag-Drop实现物理场耦合流程
同一模型
非同一模型
电机多物理场分析内容及流程：一般流程
电机分析设计
• 几何外形 • 线圈 • 材料 CAD设计
温度分析
仿真分析价值
有助于理解电机由于温度载荷引起的性能变化
项目评价
电磁—温度场---热应力分析
热变形结果
电机多物理场案例分享
WB平台下电机电磁振动噪声---优化分析案例流程
电机多物理场案例分享
电磁---流动传热双向耦合分析案例流程
Mapped Loss
Electromagnetics
Temperature
电机多物理场分析解决方案及应用案例
包刚强
CADFEM高级咨询专家
北京福思营销顾问有限公司呈送
目录
• • • • 电机多场分析目的 ANSYS多物理场解决方案电机多物理场分析内容及流程电机多物理场案例分享
电机多场分析目的：电机常规设计流程
产品规格技术要求给定详细设计阶段电机设计参数确定国内或国际标准半经验公式方法
常规电磁设计校核上百个公式四迭代计算变量组合计算工作量非常大，且有很多重复过程。特别是系列设计，计算量就更大，更复杂常规结构设计校核总体结构型式零部件结构型式装配，连接常规冷却设计校核总风量、风量分配通风损耗和效率风路设计传统热路法计算温升准确性机械性能计算，随结构低，且只能估算绕组和铁芯本身，工艺和加工以及冷却、电磁变化而变化，均温，无法了解温度分布情况及过热点准确位置和数值重复、改变多

ANSYS Maxwell-电机振动噪声多场耦合分析和自动化分析流程

-100.00
-150.00
Curve Info ExprCache(ToothTipRadial_Full1) ExprCache(ToothTipRadial_2) ExprCache(ToothTipRadial_3) ExprCache(ToothTipRadial_4) ExprCache(ToothTipRadial_5) ExprCache(ToothTipRadial_6)
激活噪声计算（ ACT ）选项
在Workbench页面激活: 1. 选择 “Install Extension …” 选项 2. 打开对话框，选择“*.wbex” 文件 (e.g., ExtAcoustics_150.26.wbex，可以从网上下载) 3. 安装完毕 4. 选择“Manage Extensions …” 选项 5. 激活 ExtAcoustics
Agenda
电机噪声综述
电机振动噪声分析流程
新的无缝集成的噪声自动化分析流程
总结
2
© 2014 ANSYS, Inc.
April 14, 2014
电机噪声介绍
Noise Sources
Magnetic
Radial
Self Auxiliaries Load Induced
Mechanical
Aerodynamic
-25.00
-30.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Time [ms] 25.00 30.00 35.00 40.00
Radial Force on Tooth Tips
50.00
02_DC-6step_IPM
ANSOFT
-0.00
-50.00

ANSYSapdl命令流笔记16-------耦合场分析基础

ANSYSapdl命令流笔记16-------耦合场分析基础耦合场分析概述前⾔耦合场分析，也称为多物理场分析，分析不同的物理场的相互作⽤以解决⼀个全局性的⼯程问题。

例如，当⼀个场分析的输⼊依赖于从另⼀个分析的结果，那么分析就会被耦合。

耦合⽅式有：单向耦合：前⼀个分析的结果作为载荷施加给下⼀个分析，⽽下⼀个分析的结果不会影响前⼀个场的分析结果。

例如，在热应⼒问题中，温度场会在结构场中引⼊热应变，但是结构应变通常不会影响温度分布。

因此，⽆需在两个现场解决⽅案之间进⾏迭代。

双向耦合：两个物理场的结果会相互影响。

例如，⾮线性材料的感应加热中，谐波电磁分析计算出焦⽿热，该热在瞬态热分析中⽤于随时间变化的温度解，⽽温度的变化会反过来影响电磁场材料属性的变化，从⽽改变电磁分析结果。

⼀、耦合场分析类型1.直接耦合场分析直接⽅法通常只包含⼀个分析，它使⽤⼀个包含所有必需⾃由度的耦合单元类型，通过计算包含所需物理量的单元矩阵或单元载荷向量的⽅式进⾏耦合。

具有直接耦合功能的单元有：SOLID5 ---------3-D 耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)PLANE13---------⼆维耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID29 ---------⼆维声学流体单元(声学矩阵的推导)FLUID30 ---------3-D 8 节点声学流体单元 (声学矩阵的推导)LINK68------------热电耦合杆单元SOLID98----------四⾯体耦合场实体单元 (电磁矩阵的推导，耦合效应)FLUID116---------热流体耦合管单元CIRCU124--------电路单元TRANS126-------机电转换器单元(电容计算，耦合机电⽅法)SHELL157--------热电耦合壳单元FLUID220---------3-D 20 节点声学流体单元FLUID221---------3-D 10 节点声学流体单元PLANE222--------⼆维 4 节点耦合场实体单元PLANE223--------⼆维 8 节点耦合场实体单元SOLID226---------3-D 20 节点耦合场实体单元SOLID227---------3-D 10 节点耦合场实体单元PLANE233--------⼆维 8 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID236--------3-D 20 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)SOLID237--------3-D 10 节点电磁耦合单元(电磁矩阵的推导，电磁场评估)优点：1.允许解决通常的有限元⽆法解决的问题。

ANSYS-CFD-Multiphase-多物理场耦合分析PPT

• 在椭球区域或变形区域, 液滴或空泡以螺旋形路径上升
20 © 2011 ANSYS, Inc.
June 22, 2020
Release 14.0
Drag Coefficient
• 对单个粒子而言, 拽力与流体和颗粒间的相对速度有关, 以拽力系数表示 CD:
FD
1 2
CD
rf
Ap
Ur
Ur
Ur Uf - Up
Ap
d
2 p
4
• 通常来说, 拽力系数减少粒子雷诺数(particle Reynolds number):
Rep
rf
Ur
f
dp
确切的关系与相的形态和流动属性有关. 大多数情况下, 可援引经验系数CD.
21 © 2011 ANSYS, Inc.
June 22, 2020
Release 14.0
Interphase Mass Transfer
空泡.
18 © 2011 ANSYS, Inc.
June 22, 2020
Release 14.0
Distorted Droplets and Bubbles
• Small bubbles - spherical • Larger bubbles - ellipsoidal
• As bubble size increases, spherical caps may be formed
• Environment – Fog – Rain – Erosion – Emission
• Biomedical – Blood flows – Eyes – Lungs
Release 14.0
Examples of Multiphase Flows

ANSYS 高级技术分析：耦合场分析定义

ANSYS非线形分析指南基本过程第四章耦合场分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科物理场的交叉作用和相互影响耦合例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题反之亦然其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析热-电耦合分析流体-结构耦合分析磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用但是耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法序贯耦合方法和直接耦合方法序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场的耦合的例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为体力载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果在这种情形下耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的例如利用单元SOLID5PLANE13或SOLID98可直接进行压电分析何时运用直接耦合解法或序贯耦合解法对于不存在高度非线性相互作用的情形序贯耦合解法更为有效和方便因为我们可以独立的进行两种场的分析例如对于序贯热-应力耦合分析可以先进行非线性瞬态热分析再进行线性静态应力分析而后我们可以用热分析中任意载荷步或时间点的节点温度作为载荷进行应力分析这里耦合是一个循环过程其中迭代在两个物理场之间进行直到结果收敛到所需要的精度直接耦合解法在解决耦合场相互作用具有高度非线性时更具优势并且可利用耦合公式一次性得到最好的计算结果直接耦合解法的例子包括压电分析伴随流体流动的热传导问题以及电路-电磁场耦合分析求解这类耦合场相互作用问题都有专门的单元供直接选用第1页。

ANSYS分析指南精华：耦合场分析

第四章耦合场分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科（物理场）的交叉作用和相互影响（耦合）。

例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用：它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题，反之亦然。

其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析，热-电耦合分析，流体-结构耦合分析，磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等。

耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用，但是，耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。

序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析。

它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场1的耦合的。

例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为“体力”载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的。

直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。

在这种情形下，耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。

例如利用单元SOLID5，PLANE13，或SOLID98可直接进行压电分析。

何时运用直接耦合解法或序贯耦合解法对于不存在高度非线性相互作用的情形，序贯耦合解法更为有效和方便，因为我们可以独立的进行两种场的分析。

例如，对于序贯热-应力耦合分析，可以先进行非线性瞬态热分析，再进行线性静态应力分析。

而后我们可以用热分析中任意载荷步或时间点的节点温度作为载荷进行应力分析。

这里耦合是一个循环过程，其中迭代在两个物理场之间进行直到结果收敛到所需要的精度。

直接耦合解法在解决耦合场相互作用具有高度非线性时更具优势，并且可利用耦合公式一次性得到最好的计算结果。

直接耦合解法的例子包括压电分析，伴随流体流动的热传导问题，以及电路-电磁2场耦合分析。

求解这类耦合场相互作用问题都有专门的单元供直接选用。

3。

Ansys电机电磁(Maxwell)、热(Fluent)耦合分析流程演示文稿

• 启动Maxwell
• 导入Maxwell文件后会形成一个Maxwell分析系统 • 启动Maxwell
• 双击Maxwell分析系统中的solution
ANSYell）、热（Fluent）耦合分析流程
• 更新Maxwell项目
•右键点击solution •选择Update
Stator
Shaft
ANSYS 中国
Magnets
Rotor
w2
电机电磁（Maxwell）、热（Fluent）耦合分析流程
• Fluent项目
•The Maxwell project contains a 3D mesh model of a ITRI motor •The setup of this motor has already been partially done •注意：考虑到设置效率，建议对Fluent的设置在Workbench外完成，特别是当网格是四面体，并希望在FLUENT中转化为多面体网格时。在Workbench下Fluent的所有操作都会被记录，并在重新打开时重新运行所有操作，非常费时。所以建议在Workbench 外将Fluent设置好，这样在Workbench内打开时较为节省时间。
• 由于此处采用现有的Maxwell项目，所以只需要在Workbench中导入即可。用户也可以新建一个项目，并进行重新设置。
• 导入Maxwell文件 • 菜单栏 File > Import • 更改文件类型为Maxwell Project File (*.mxwl) • 通过导航确定输入文件的位置 • 选择文件“modified.mxwl” • Open打开
• 该教程已经提供了一个完整的CFD案例，并且已经设置好，此处只需要导入，并设置损耗的映射即可。

ANSYS的多场耦合技术new

Time loop Stagger loop
SP3
Solve
Loads transfers
Solve
SP4
Convergence
End Stagger loop
End Stagger loop
End Time loop
Time convergence End Time loop
SP5
End
SOCKET
在Workbench中的默认方法是通过 CFD-Post来进行各种数据传递支持热和结构的载荷传递，但只支持面载荷
• 温度 • 对流传热系数 • 压力
Beta功能可以实现体载荷的传递传统的FLUENT mapping 方法可以通过命令行在Mechanical
中实现 FLUENT会在后台执行 journal 文件支持面载荷和体载荷的热和结构的载荷
双向的流固耦合数据在流体系统和结构系统自动传递在Workbench中CFX可以实现
• 不需要外部的软件和脚本语言
在Workbench中FLUENT需要通过脚本语言（Jscript）
• 需要脚本语言（Jscript）和UDF方法
© 2008 PERA Global
载荷传递的方法和类型
Connections are automatically created between both systems when drop is complete
Drag
© 2008 PERA Global
Drop
Connecting Analysis Systems for FSI (2)
Right-click on Solution cell in FLUENT Fluid Flow system Select Transfer Data To New from pop-up menu Then select the target system to transfer data to from

ANSYS耦合场分析指南

第一章耦合场分析1.1耦合场分析的定义耦合场分析是指考虑了两个或多个工程物理场之间相互作用的分析。

例如压电分析，考虑结构和电场间的相互作用：求解由施加位移造成的电压分布或相反过程。

其它耦合场分析的例子有热－应力分析，热－电分析，流体－结构分析。

需要进行耦合场分析的工程应用有压力容器（热－应力分析），流体流动的压缩（流体结构分析），感应加热（磁－热分析），超声波换能器（压电分析）以及磁体成形（磁－结构分析），以及微电机械系统（MEMS）等。

1.2耦合场分析的类型耦合场分析的过程依赖于所耦合的物理场，但明显可以可分为两类：顺序耦合和直接耦合。

1.2.1 顺序耦合方法顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析，每一种属于不同物理场的分析。

通过将前一个分析的结果作为载荷施加到第二个分析中的方式进行耦合。

典型的例子是热－应力顺序耦合分析，热分析中得到节点温度作为“体载荷”施加到随后的应力分析中去。

1.2.2 直接耦合方法直接耦合方法一般只涉及到一次分析，利用包括所有必要自由度的耦合场类型单元。

通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量的方式进行耦合。

例如使用了SOLID5、PLANE13或SOLID98单元的压电分析。

另外的例子如利用TRANS126单元的MEMS分析。

1.2.3 直接法与顺序法的应用场合对于耦合情况的相互作用非线性程度不是很高的情况，顺序耦合法更有效，也更灵活。

因为两个分析之间是相对独立的。

例如在热应力顺序耦合分析中，可以先进行非线性瞬态热分析，然后再进行线性静力分析。

可以将瞬态热分析中任一载荷步或时间点的节点温度作为载荷施加到应力分析中。

顺序耦合可以是不同物理场之间交替进行执行，直到收敛到一定精度为止。

当耦合场之间的相互作用是高度非线性的，直接耦合具有优势。

它使用耦合变量一次求解得到结果。

直接耦合的例子有压电分析，流体流动的共轭传热分析，电路－电磁分析。

这些分析中使用了特殊的耦合单元直接求解耦合场间的相互作用。

ANSYS CFD Multiphase 多物理场耦合分析课件

– Equilibrium or single-phase multicomponent approach:
• 假定质量传输过程快速 • 代数法确定体分数(能量方程) • 将‘Wet steam’ 看成单相流体
– Nonequilibrium approach
• 求解体分数输运方程
• 模化相间有限质量输运率(finite interphase mass transfer rates)
• Oil and Gas
Industry
– Oil wells
• Gas cleaning • Fluidized bed reactors • Bubble columns • Polymer production • Mixers • Dryers
• Power Generation
– Pipelines • Environment
学习交流PPT
23
Examples of Condensation
学习交流PPT
24
Cavitation Examples and Effects
学习交流PPT
25
学习交流PPT
26
学习交流PPT
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Mass Transfer Models
• 模化相间的质量变化有两种方法. 如果传递非常快速而且不关心过程细节, 可以假定两相始终处于热动力平衡状态(thermodynamic equilibrium). 对有限速率的质量传递, 可做真实的多相流分析,两相并非始终处于热动力平衡状态.
学习交流PPT
16
Interphase Drag
• 类似于苏打饮料瓶内气泡在流体内的上升:
• 气泡通过液体的上升. 上升速度不同, 相间拽力或动

ANSYS多物理耦合场有限元分析汇总

• 将其应用到一个微元体上，就可以得到热传导的控制微分方程。
ANSYS热分析
热分析有限元模型
•
单元类型
• 下表显示通常使用的热单元类型。 • 节点自由度是：TEMP。
常用的热单元类型
2-D Solid Linear Quadratic PLANE55 PLANE77 PLANE35 3-D Solid SOLID70 SOLID90 SOLID87 3-D Shell SHELL57 SHELL131 SHELL132 Line Elements LINK31,32,33,34
• 为了方便，指定一个很小的结束时间 (如1E-3 秒)。避免使用非常小的时间数值 (~ 1E-10) 因为可能形成数值错误。
• 指定其它所需的控制或设置 (如非线性控制)。 • 求解当前载荷步。
ANSYS热分析
由稳态分析得到的初始温度 (续)
2. 后续载荷步为瞬态: • 在第二个载荷步中，根据第一个载荷步施加载荷和边界条件。记住删除第一个载荷步中多余的载荷。 • 施加瞬态分析控制和设置。 • 求解之前, 打开时间积分:
ANSYS热分析
传导
• 传导引起的热通量流由传导的傅立叶定律决定：
q * K nn Where, K nn thermal conductivity in direction n T temperature T thermal gradient in direction n n
• 材料特性
– 至少需要 Kxx — 稳态分析热传导系数。 – 如果是瞬态分析，则需要比热 (C) 。 – 优先设置为 “thermal” （热分析），在 GUI 方式中只显示热材料特性。
• 实常数
– 主要用于壳和线单元。

ANSYS电机多场耦合分析

ANSYS电机多场耦合分析
newmaker
ANSYS是一个多物理场耦合分析技术，是目前为止世界上唯一能够真正实现电机多物理场耦合分析的软件。

电机主要由定子和转子组成，定子包括机座和铁芯两个主要部分，铁芯内圆开有槽，槽内安装定子绕组；转子由本体、磁极、转子绕组等组成。

在电机工作时，定子和转子绕组通有电流，电流流动产生磁场、电磁力和电磁力矩；由于绕组具有电阻，以及磁场在冲片和线圈上要产生涡流，引起涡流损耗，因此，在线圈和冲片上要产生热量；电机通过其通风系统来带走一部分热量，当然不可能完全带走，剩下的热量要引起电机温度的升高，在稳定工作状态下达到温度平衡；温升要产生热变形和热应力，对结构的机械性能产生影响。

在电机的多物理场耦合分析中，运用ANSYS软件（或其它CAD软件）建立电机（包括定子和转子）用于电磁、流体、热、结构分析的统一的几何模型和有限元计算模型。

首先进行电机磁场分析，计算获取电机设计中所关心的磁场和磁密分布、矩角特性、电感等参数，并获得电机的电磁发热、电磁力和电磁力矩分布；在同一个分析模型上，利用电机磁场分析得到的热生成，进行电机的流体－热直接耦合分析，考核电机的通风冷却性能，得到电机在一定的通风量情况下的温度分布规律（同时还包括流体速度、压力等参数）；最后使用电机磁场分析得到的电磁力和电磁力矩分布、以及流体－热直接耦合分析中获得的温度分布，进行结构分析，得到考虑温度和电磁影响下的电机的应力和变形情况，并同时对电机定子、以及定转子耦合情况进行振动模态分析，判断电机的机械性能和安全性能。

ANSYS电机多场耦合分析的流程如下：
(end)。

基于ANSYS18.2对三根母排模型的电磁、热、结构多物理场耦合分析

基于ANSYS18.2对三根母排模型的电磁、热、结构多物理场耦合分析1 前言电气设备通常会存在多场共同作用的情况，如电机的绕组端部，变压器绕组，单抗器。

这种情况下单场的耦合很难满足设计和仿真的需求，采用ANSYS多物理场耦合分析的方法，能够计算多场共同作用下设备的性能，满足设计选型的要求。

本例以三根母排为例，用ANSYS 18.2软件，对母排的电磁场，热场及结构场进行分析。

如图所示，为本例计算的三根母排模型。

当母排通电时，根据欧姆定律，母排本身会发热；同时，根据法拉第电磁感应定律，母排与母排之间会有电磁力相互作用。

这种由电磁、热、结构多场耦合分析，需要借助强大的ANSYS有限元分析软件对其进行精确仿真计算。

为了研究本例中的各个物理场，本例分别采用ANSYS旗下的Maxwell3D、Steady-State Thermal、Static Structural三个模型进行分析。

2 操作步骤1 新建Workbench工程打开ANSYS仿真软件，启动Workbench仿真平台，并点击保存图标或者【File】>【Save As…】保存文件，注意文件名和保存路径不能出现中文。

2 创建仿真流程在Workbench上的Toolbox菜单中，依次拖拽Maxwell3D、Steady-State Thermal、Static Structural 三个模型到工作台上，并连线建立数据联系。

3 3.1.3 添加材料双击Engineering Data，进入到Workbench的材料设置界面，点击，进入材料库，选择，在其中找到Copper Alloy，点击其后面的添加按钮，将铜材料添加到工程文件中。

关闭EngineeringData页签，返回Workbench 操作环境中。

2.1 电磁仿真分析2.1.1 模型的导入及设置（1）双击Maxwell3D，进入到Maxwell操作环境。

（2）点击【Modeler】>【Import】，在弹出的界面找到模型文件的位置，选择并打开。

基于ANSYS的多场耦合问题的仿真

基于ANSYS的多场耦合问题的仿真多场耦合（multi-physics）是分析多个物理场之间的交互作⽤，例如热应⼒问题，压电分析，压阻分析，MEMS分析，流固耦合分析等等。

对于单物理场进⾏分析的软件已经很多很多，但对多物理场进⾏有效仿真的软件并不多见，⽽ANSYS就是其中之⼀。

使⽤ANSYS进⾏多物理场仿真，总体上有两种途径：基于经典界⾯的⽅式和基于WORKBENCH的⽅式。

（1）基于WOKRBENCH的多物理场仿真就⼀般⽤户⽽⾔，使⽤WORKBENCH⽅式会更容易⼀些。

例如⼀个稳态热应⼒问题，只要先创建⼀个稳态热分析，然后把分析的温度场作为热载荷加载到静态结构分析中，就可以⽅便的进⾏耦合场的仿真，如下图。

但这只限于做单向的多物理场分析。

⽽有些多物理场耦合问题属于双向耦合，例如流固耦合问题，此时如何使⽤WORKBENCH来进⾏分析呢？对于这种问题，WORKBENCH也提供了⼀种⽅法，例如流固耦合问题。

先创建⼀个结构分析，然后把结果导出为CFX流体分析，如下图。

从上图中，我们看不到是如何做双向耦合的。

的确如此。

WORKBENCH对于双向的流固耦合做了特殊的处理，我们看到上⾯的项⽬⽰意图中，对于结构分析，删去了求解单元格和结果单元格，⽽在结构分析中，添加了⼀个流固耦合交界⾯；最终的双向耦合设置，都是在CFX中进⾏的。

但是上述⽅式仅适⽤于流固耦合分析。

对于其它双向耦合问题，我们还看不到WORKBENCH是如何处理的。

总之，WORKBENCH处理单向耦合问题⾮常简单⽅便，对于双向耦合问题，它处理流固耦合问题很⽅便，⽽对于其它耦合问题则还没有看到解决办法。

但是在经典界⾯中，则提供了许多求解多物理场的⽅法，远远超过了WORKBENCH的⽀持⼒度。

（2）基于经典界⾯的多物理场仿真总体上，ANSYS经典界⾯提供了四种⽅法进⾏多物理场的仿真。

分别简述如下。

（2.1）⼀种单元的⽅式（ANSYS称之为直接法）在这种⽅法之下，使⽤⼀个单元，该单元的每⼀个节点上直接包含了所需要的多个物理场的⾃由度。