ANSYS电场分析教程(经典入门教程)
ANSYS电场分析指南
关键字: ANSYS 电场分析 CAE教程
静电场分析（h方法）
14.1 什么是静电场分析
静电场分析用以确定由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位（电压）分布。该分析能加二种形式的载荷：电压和电荷密度。
静电场分析是假定为线性的，电场正比于所加电压。
静电场分析可以使用两种方法：h方法和p方法。本章讨论传统的h方法。下一章讨论p方法。
14.2h方法静电场分析中所用单元
h方法静电分析使用如下ANSYS单元：
14.3h方法静电场分析的步骤
静电场分析过程由三个主要步骤组成：
1.建模
2.加载和求解
3.观察结果
14.3.1 建模
定义工作名和标题：
命令：/FILNAME，/TITLE
GUI：Utility Menu>File>Change Jobname
Utility Menu>File>Change Title
如果是GUI方式，设置分析参考框：
GUI：Main Menu>Preferences>Electromagnetics：Electric
设置为Electric，以确保电场分析所需的单元能显示出来。之后就可以使用ANSYS前处理器来建立模型，其过程与其它分析类似，详见《ANSYS建模和分网指南》。
对于静电分析，必须定义材料的介电常数（PERX），它可能与温度有关，可能是各向同性，也可能是各向异性。
对于微机电系统（MEMS），最好能更方便地设置单位制，因为一些部件只有几微米大小。详见下面MKS制到μMKSV制电参数换算系数和MKS制到μMSVfA制电参数换算系数表
自由空间介电常数等于8.0854E-6pF/μm
自由空间介电常数等于8.0854E-3fF/μm
14.3.2 加载荷和求解
本步定义分析类型和选项、给模型加载、定义载荷步选项和开始求解。
14.3.2.1 进入求解处理器
命令：/SOLU
GUI：Main Menu>Solution
14.3.2.2定义分析类型
选择下列方式之一：
·GUI：选菜单路径Main Menu>Solution>New Analysis并选择静态分析
·命令：ANTYPE，STATIC，NEW
·如果你要重新开始一个以前做过的分析（例如，分析附加载荷步），执行命令ANTYPE，STATIC，REST。重启动分析的前提条件是：预先完成了一个静电分析，且该预分析的Jobname. EMAT，Jobname. ESAV和Jobname.DB文件都存在。
14.3.2.3定义分析选项
可以选择波前求解器（缺省）、预条件共轭梯度求解器（PCG）、雅可比共轭梯度求解器（JCG）和不完全乔列斯基共轭梯度求解器（ICCG）之一进行求解：
命令：EQSLV
GUI：Main Menu>Solution>Analysis Options
如果选择JCG求解器或者PCG求解器，还可以定义一个求解器误差值，缺省为1.0-8。
14.3.2.4 加载
静电分析中的典型载荷类型有：
14.3.2.4.1 电压（VOLT）
该载荷是自由度约束，用以定义在模型边界上的已知电压：
命令：D
GUI：Main Menu>Solution>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Boundary> -Voltage-
14.3.2.4.2电荷密度（CHRG）
命令：F
GUI：Main Menu>Solution>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Charge-On Nodes
14.3.2.4.3面电荷密度（CHRGS）
命令：SF
GUI：Main Menu>Solution>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation-Surf Chrg Den-
14.3.2.4.4 Maxwell 力标志（MXWF）
这并不是真实载荷，只是表示在该表面将计算静电力分布，MXWF只是一个标志。通常，MXWF定义在靠近―空气-电介质‖交界面的空气单元面上，ANSYS使用Maxwell应力张量法计算力并存储在空气单元中，在通用后处理器中可以进行处理。
命令：FMAGBC
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Flag>-Maxwell Surf-option
14.3.2.4.5 无限面标志（INF）
这并不是真实载荷，只是表示无限单元的存在，INF仅仅是一个标志。
命令：SF
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Flag>-Infinite Surf-option
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14.3.2.4.6 体电荷密度（CHRGD）
命令：BF，BFE
GUI：Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Charge Density-option
另外，还可以用命令BFL、BFL、BFV等命令分别把体电荷密度加到实体模型的线、面和体上。
14.3.2.4.7定义载荷步选项
对于静电分析，可以用其它命令将载荷加到电流传导分析模型中，也能控制输出选项和载荷步选项，详细信息可参见第16章―分析选项和求解方法‖
14.3.2.4.8保存数据库备份
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：命令：RESUME
GUI：Utility Menu>File>Resume Jobname.db
14.3.2.4.9 开始求解
命令：SOLVE
GUI：Main Menu>Solution>Current LS
14.3.2.4.10结束求解
命令：FINISH
GUI：Main Menu>Finish
14.3.3 观察结果
ANSYS和ANSYS/Emag程序把静电分析结果写到结果文件Jobname.RST中，结果中包括如下数据：
主数据：节点电压（VOLT）
导出数据：
·节点和单元电场（EFX，EFY，EFZ，EFSUM）
·节点电通量密度（DX，DY，DZ，DSUM）
·节点静电力（FMAG：分量X，Y，Z，SUM）
·节点感生电流段（CSGX，CSGY，CSGZ）
通常在POST1通用后处理器中观察分析结果：
命令：/POST1
GUI：Main Menu>General Postproc
对于整个后处理功能的完整描述，见ANSYS基本分析过程指南。
将所需结果读入数据库：
命令：SET,,,,,TIME
GUI：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导出结果：
命令：ETABLE
GUI：Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table
命令：PLETAB
GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Elem Table
Main Menu>General Postproc>Element Table>Plot Elem Table
命令：PRETAB
GUI：Main Menu>General Postproc>List Results>List Elem Table
Main Menu>General Postproc>Element Table>Elem Table Data
绘制等值线图：
命令：PLESOL，PLNSOL
GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Element Solution
Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu
绘制矢量图：
命令：PLVECT
GUI：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Predefined
Main Menu>General Postproc>Plot Results>User Defined
以表格的方式显示数据：
命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOL
GUI：Main Menu>General Postproc>List Results>Element Solution
Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution
Main Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu
POST1执行许多其他后处理功能，包括按路径和载荷条件的组合绘制结果图。更详细信息见ANSYS 基本分析过程手册。
14.4 多导体系统提取电容
静电场分析求解的一个主要参数就是电容。在多导体系统中，包括求解自电容和互电容，以便在电路模拟中能定义等效集总电容。CMATRIX宏命令能求得多导体系统自电容和互电容。详见《ANSYS理论手册》5.10节。
14.4.1 对地电容和集总电容
有限元仿真计算，可以提取带（对地）电压降导体由于电荷堆积形成的―对地‖电容矩阵。下面叙述一个三导体系统（一个导体为地）。方程式中Q1和Q2为电极1和2上的电荷，U1和U2分别为电压降。
Q1= (Cg)11(U1)+(Cg)12(U2)
Q2= (Cg)12(U1)+(Cg)22(U2)
式中Cg称作为―对地电容‖矩阵。这些对地电容并不表示集总电容（常用于电路分析），因为它们不涉及到二个导体之间的电容。使用CMATRIX宏命令能把对地电容矩阵变换成集总电容矩阵，以便用于电路仿真。
图2描述了三导体系统的等效集总电容。下面二个方程描述了感应电荷与电压降之间形成的集总电容：
Q1=(C1)11(U1)+(C1)12(U1—U2)
Q2=(C1)12(U1—U2)+(C1)22(U2)
式中C1称为＂集总电容＂的电容矩阵。
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14.4.2 步骤
CMATRIX宏命令将进行多元模拟，可求得对地电容矩阵和集总电容矩阵值。为了便于CMATRIX宏命令使用，必须把导体节点组成节点部件，而且不要加任何载荷到模型上（电压、电荷、电荷密度等等）。导体节点的部件名必须包括同样的前缀名，后缀为数字，数字按照１到系统中所含导体数目进行编号。最高编号必须为地导体（零电压）。
应用CMATRIX宏命令步骤如下：
1.建模和分网格。导体假定为完全导电体，故导电体区域内部不需要进行网格划分，只需对周围的电介质区和空气区进行网格划分，节点部件用导体表面的节点表示。
2.选择每个导体面上的节点，组成节点部件。
命令：CM
GUI:Utility Menu >Select >Comp/Assembly >Create Component
导体节点的部件名必须包括同样的前缀名，后缀为数字，数字按照１到系统中所含导体数目进行编号。例如图2中，用前缀―Cond‖为三导体系统中的节点部件命名，分别命名为为―Condl‖、―Cond2‖和―Cond3‖，最后一个部件―Cond3‖应该为表示地的节点集。
3.用下列方法之一，进入求解过程：
命令：Solu
GUI：Main Menu>Solution
4.选择方程求解器（建议用JCG）：
命令：EQSLV
GUI：Main Menu>Solution>Analysis Options
5.执行CMATRIX宏：
命令：CMATRIX
GUI：Main Menu >Solution >Electromagnet >Capac Matrix
CMATRIX宏要求下列输入：
·对称系数（SYMFAC）：如果模型不对称，对称系数为1（缺省）。如果你利用对称只建一部分模型，乘以对称系数得到正确电容值。
·节点部件前缀名（Condname）。定义导体节点部件名。上例中，前缀名为―Cond‖。宏命令要求字符串前缀名用单引号。因此，本例输入为’Cond’，在GUI菜单中，程序会自动处理单引号。
·导体系统中总共的节点部件数（NUMCON），上例中，导体节点部件总数为―3‖。
·地基准选项（GRNDKEY）。如果模型不包含开放边界，那么最高节点部件号表示―地‖。在这种情况下，不需特殊处理，直接将―地‖作为基准设置为零（缺省状态值）。如果模型中包含开放边界（使用远场单元或Trefttz区域），而模型中无限远处又不能作为导体，那么可以将―地‖选项设置为零（缺省）。在某些情况下，必须把远场看作导体―地‖（例如，在空气中单个带电荷球体，为了保持电荷平衡，要求无限远处作为―地‖）。用INFIN111单元或Trefftz区域表示远场地时，把―地‖选项设置为―1‖
·输入贮存电容值矩阵的文件名（Capname）。宏命令贮存所计算的三维数组对地电容和集总电容矩阵值。其中―i‖和―j‖列代表导体编号，―k‖列表示对地（k=1）或集总（k=2）项。缺省名为CMATRIX。例如，CMATRIX（i,j,1）为对地项，CMATRIX（i,j,2）为集总项。宏命令也建立包含矩阵的文本文件，其扩展名为.TXT。
注意：在使用CMATRIX命令前，不要施加非均匀加载。
以下操作会造成非均匀加载：
·在节点或者实体模型上施加非0自由度值的命令(D, DA, 等)
·在节点、单元或者实体模型定义非0值的命令(F, BF, BFE, BFA, 等)
·带非0项的CE命令
CMATRIX执行一系列求解，计算二个导体之间自电容和互电容，求解结果贮存在结果文件中，可以便于后处理器中使用。执行后，给出一个信息表。
如果远场单元（INFIN110和INFIN111）共享一个导体边界（例如地平面），可以把地面和无限远边界作为一个导体（只需要把地平面节点组成一个节点部件）。
下图图3描述了具有合理的NUMCOND和GRNDKEY选项设置值的各种开放和闭合区域模型。
后面有例题详细介绍如何利用CMATRIX做电容计算。
14.5 开放边界的Trefftz方法
模拟开放区域的一种方法是利用远场单元(INFIN110和INFIN111)，另一种方法为混合有限元—Trefftz 方法（称作Trefftz方法）。Trefftz方法以边界元方法的创立者名字命名。Trefftz方法使用与有限元类似的正定刚度矩阵高效处理开放区域的边界问题。它可处理大纵横比的复杂面几何体，它很易生成Trefftz完整函数系统。对于处理静电问题中的开放边界条件是一种易用而精确的方法。Trefftz方法的理论分析参见《ANSYS理论手册》。本手册有―用Trefftz方法进行静电场分析‖的例题。
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14.5.1概述
使用Trefftz方法需要建立一个Trefftz区域，Trefftz区域由下列部分组成：
·在有限元区域内的一个Trefftz源节点部件，但与有限元模型无关；
·带有标记的有限元区域的外表面；
·由Trefftz源节点部件和带有标记的有限元外表面共同创建的子结构矩阵；
·由子结构定义的超单元；
·连同子结构产生的一组约束方程；
与远场单元法相比，Trefftz方法有许多优点，也有一些缺点。
Trefftz方法有如下正面特征：
·本方法形成对称矩阵；
·处理开放边界时，不存在理论上的限制；
·不存在奇异积分；
·未知数最少（20~100个未知量就可得到可靠结果）；
·可用于大纵横比边界；
·允许灵活的生成格林（Greens）函数；
·利用Trefftz区域，可以在两个无关联的有限元区之间建立联系；
Tefftz方法与远场单元比较有如下优点；
·通常具有更高的精确度；
·远场区不要求建模和划分单元；
·可用于大纵横比有限元区域，并且具有很好精度；
·远场单元区不必按一般有限元要求的那样，把有限元区扩展到超出装置模型区很多；
Trefftz方法与远场单元比较有如下缺点：
·只能用于全对称模型；
·只对三维分析有效；
·模型外表面单元只能是四面体单元；
·要求定义有限元区内Trefftz源节点部件，并生成子结构和约束方程（当然，这一过程是程序自动完成）。
Trefftz方法有如下限制：
·Trefftz节点最大数为1000；
·最高容许的节点号为1,000,000；
·最高容许的外表面节点数为100,000；
·外表面容许的最大单元面数（小平面）为100,000；
Trefftz方法假设无限远处是0电位。因此，在处理具有不同电位的多电极系统时，使用本方法要注意建立不同的节点部件。当然，对于使用CMATRIX命令宏来提取电容，程序已经完全考虑，已经把无限远处设成了0电位或者接近0电位。
14.5.2 步骤
在3-D静电分析中建立一个Trefftz区域，定义Trefftz区域按下列过程进行：
1）建立一个静电区域的有限元模型（包括导体、介质和四周空气）。对有限模型加上全部必需的边界条件（电压、电荷、电荷密度等）
2）对有限元区域的外表面加上标志，作一个无限面来处理。加无限面标志（INF Label）,使用如下方法：
命令：SF，SFA，SFE
GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads- Apply>-Electric- Flag>-Infinite Surf-On Nodes
Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads- Apply>-Electric- Flag>-Infinite Surf-On Areas
Main Menu>Preprocessor>Trefftz-Domain>Infinite Surf-On Areas
3）建立Trefftz源节点，源节点作为Trefftz 区域的未知量。这些未知量表示Trefftz方法的源电荷，用CURR自由度计算且储存Trefftz节点上的这些源电荷。
如图4―定义Trefftz的区域‖中步骤3所示，应在模型装置与有限元区外表面之间设置Trefftz源节点。Trefftz源节点离模型装置的距离应该小于到有限元模型外表面的距离，这样Trefftz 方法计算所得的结果会更精确。Trefftz源节点离有限元模型外表面表面越远，得到的结果越精确。例如，X方向上，Trefftz节点正好包围模型装置（b/c>1）,有限元外边界设置到较远距离处(a/b>2)。对Y和Z方向应用大致相同的规则。若Trefftz源节点不接近于装置或在有限元区域表面上，会导致一个近似奇异解而产生不正确的结果。
利用定义一个简单实模型体(如六面体、球、园柱体或它们的布尔运算组合体等)，很容易地建立包围模型装置并在有限元区域内的Trefftz节点。但是它应该在有限元外表面的内部，如图4所示。
一旦定义了简单模型体，可以采用下列方法之一把简单实模型划分网格并建立Trefftz节点：
命令：TZAMESH
GUI：Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>Mesh TZ Geometry
用TZAMESH命令对体表面进行网格划分，然后删除非求解单元，只留下Trefftz节点。它把Trefftz 节点组成命名为TZ-NOD的节点部件，以备在Trefftz子结构生成中调用。
Trefftz方法只要求很少的源节点。缺省时，TZAMESH命令把简单实模型体各边分成二段。对大纵横比几何体，可按规定的长度划分实体。这二种选项在TZAMESH命令中都有效。它会提供很多Trefftz节点，但是并不是节点越多精度越高。精度也受外表面单元数和Trefftz 源项近似的影响。一般例题将不超过20到100Trefftz节点。
利用下列方法，可删除Trefftz节点：
命令：CMSEL,,TZ_NOD
NDELE,ALL
CMDELE,TZ_NOD
GUI：Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>Delete TZ Nodes
4）建立Trefftz 子结构、超单元、和约束方程。Trefftz方法使用有限元模型的外表面和Trefftz节点建立子结构矩阵。用MATRIX50超单元将该矩阵组合到模型中。另外，需要一组约束方程来完善Trefftz 区域。利用TZEGEN宏命令，可自动完成建立子结构、用超单元组合到模型、定义约束方程等过程。
建立子结构并使其以超单元的方式组合到模型中，用下列方式：
命令：TZEGEN
GUI：Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>-Superelement-Generate TZ
TZEGEN命令也自动定约束方程。
一旦建立了Trefftz区域，就可利用标准求解步骤来解题。
如果分网面上的单元发生了变动或要建立一个新的Trefftz 区域，则已定义的Trefftz区域应被删除。在求解模型内只能同时存在一个Trefftz区域。
采用下列方法可删除Trefftz 超单元、相应的约束方程和全部Trefftz 文件：
命令：TZDELE
GUI：Main Menu>Preprocessor>Trefftz Domain>-Superelement-Delete TZ
TZDELE命令删除在生成超单元过程中产生的全部Trefftz文件，包括如下文件：
·Jobname.TZN ——Trefftz源节点
· Jobname.TZE ——在有限元边界上的Trefftz 表面
·Jobname. TZX ——在有限元边界上表面节点
·Jobname.TZM ——Trefftz 材料文件
详见本手册例题―用Trefftz方法进行静电分析(命令方法)‖
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14.6 用h方法进行静电场分析的实例（GUI方式）
14.6.1 问题描述
本节描述如何做一个屏蔽微带传输线的静电分析，该传输线是由基片、微带和屏蔽组成。微带电势为V1，屏蔽的电势为V0，确定传输线的电容。该算例的描述见下图。
材料和几何参数
14.6.2 分析方法与建模提示
通过能量和电位差的关系可以求得电容：We = 1/2C(V1-V0)2，We是静电场能量，C为电容。在后处理器中对所有单元能量求和可以获得静电场的能量。
后处理器中还可以画等位线和电场矢量图等。
步骤1: 开始
1.进入ANSYS程序.
2.选择菜单路径Utility Menu>File>Change Title.
3.输入"Microstrip transmission line analysis."
4.点击OK.
5.选择Main Menu>Preferences.
6.点击Magnetic-Nodal和Electric.
7.点击OK.
步骤2: 定义参数
1.选择Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters.
2.输入下列参数，若发生输入错误，重新输入即可
V1 = 1.5
V0 = 0.5
3.点击Close
步骤3: 定义单元类型
1.选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete.
2.点击Add.
3.点击高亮度的"Electrostatic"和"2D Quad 121."
4.点击OK.
5.点击Close.
步骤4: 定义材料属性
1.选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.
2.在材料窗口,依次双击以下选项: Electromagnetics, Relative Permittivity, Constant
3.MURX (Relative permeability)输入1,点击OK.在定义材料的窗口的左边区域显示的材料号为1.
4.选择菜单路径Edit>Copy. 点击OK。把材料1拷贝到材料2.
5.在材料框中，双击2号材料和Permittivity (constant).
6．在PERX区域输入10, 点击OK.
7．选择菜单路径Material>Exit
8．点击SAVE_DB on the ANSYS Toolbar.
步骤5: 建立几何模型和压缩编号
1.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Rectangle> By Dimensions.
2.
3.点击Apply.
4.
5.点击Apply.
6.
7.点击Apply.
8.
9.点击OK.
10.粘接所有面, 选择
Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>-Booleans-Glue>Areas.
11.点击Pick All.
12.选择Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers.
13.设置"Item to be compressed" 为"Areas."
14.点击OK.
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步骤6: 为模型各个部分指定属性为网格划分作准备
1.选择Utility Menu>Select>Entities.
2.把顶端的选项按钮由"Nodes"设置为"Areas.".
3.把紧接着的选项按钮设置为"By Num/Pick."
4.点击OK.
5.通过点击，选取面1和2. (面1和2在图形窗口的底部) 被选中的面会改变颜色。
6.点击OK.
7.选择Main Menu>Preprocessor>-Attributes-define>Picked Areas. 点击Pick All.
8.设置"Material number" 为2.
9.点击OK.
10.选择Utility Menu>Select>Entities.
11.确认两个按钮为"Areas" 和"By Num/Pick."
12.点击Sele All, 点击OK.
13.点击Pick All.
14.选择Utility Menu>Select>Entities.
15.把顶部按钮设置为"Lines."
16.把底部按钮设置为"By Location."
17.点击Y Coordinates .
18.在"Min, Max" 区域, 输入1.
19.点击Apply.
20.点击Reselect和X Coordinates按钮
21.在"Min, Max" 区域, 输入.25.
22.点击OK..
步骤7: 划分模型
1.选择Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-Lines-All Lines.
2.在"No. of element divisions" 区域, 输入8.
3.点击OK.
4.选择Utility Menu>Select>Entities.
5.确认顶部按钮设置为"Lines."
6.设置下面的按钮为"By Num/Pick."
7.点击From Full .
8.点击Sele All, 点击OK.
9.点击Pick All.
10.选择Main Menu>Preprocessor>MeshTool.
11.点击Smart Size 按钮.
12.将SmartSizing滑块移动到3.
13.确认Mesh 对象设置为"Areas."
14.点击shape：Tri按钮.
15.点击MESH 按钮.
16.点击Pick All.
17.点击Close
步骤8: 施加边界条件和载荷
1.选择Utility Menu>Select>Entities.
2.设置顶部按钮为"Nodes."
3.设置下面的按钮为"By Location."
4.点击Y Coordinates和From Full 按钮.
5.在"Min, Max"区域, 输入1.
6.点击Apply.
7.点击X Coordinates和Reselect 按钮.
8.在"Min, Max"区域, 输入0,.5.
9.点击OK.
10.选择Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Electric- Boundary>-Voltage-On Nodes.
11.点击Pick All.
12.在"Value of voltage (VOLT)"区域, 输入V1.
13.点击OK.
14.选择Utility Menu>Select>Entities.
15.确认上面的两个按钮设置为"Nodes" 和"By Location."
16.点击Y Coordinates 和From Full 按钮.
17.在"Min, Max" 区域, 输入0.
18.点击Apply.
19.点击Also Sele 按钮.
20.在"Min, Max" 区域, 输入10.
21.点击Apply.
22.点击X Coordinates 按钮.
23.在"Min, Max" 区域, 输入5.
24.点击OK.
25.选择Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Electric- Boundary>-Voltage-On Nodes.
26.点击Pick All.
27.在"Value of voltage (VOLT)" 区域, 输入V0.
28.点击OK.
步骤9: 对面进行缩放
1.选择Utility Menu>Select>Entities.
2.确认顶部的按钮设置为"Nodes," 下面的按钮设置为"By Num/Pick," 和"From Full"。
3.点击Sele All 按钮,点击OK.点击Pick All.
4.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate>Scale>Areas.
5.点击Pick All.
6.在
7.在"Items to be scaled" 区域, 设置按钮为"Areas and mesh."
8.在"Existing areas will be" 区域, 设置按钮为"Moved."
9.点击OK.
10.选择Main Menu>Finish.
分页
步骤10: 求解
1.选择Main Menu>Solution>-Solve-Current LS.
2.点击Close.
3.点击OK开始求解.求解后要弹出一个提示信息，点击Close.
4.选择Main Menu>Finish.
步骤11: 存储分析结果
1.选择Main Menu>General Postproc>Element Table>define Table.
2.点击Add.
3.在"User label for item" 区域, 输入SENE.
4.在"Results data item" 区域, 点亮"Energy" (当左边的"Energy"显示为高亮度时，右边的"Elec energy SENE"自动显示为高亮度)
5.点击OK.
6.点击Add.
7.在"User label for item" 区域, 输入EFX.
8.在"Results data item" 区域, 点亮"Flux & gradient" 和"Elecfield EFX."。
9.点击OK.
10.点击Add.
11.在"User label for item" 区域, 输入EFY.
12.在"Results data item" 区域, 点亮"Flux & gradient"和"Elec field EFY."。
13.点击OK.
14.点击Close
15.点击SAVE_DB
步骤12: 画结果图
1.选择Utility Menu>PlotCtrls>Numbering.
2.设置"Numbering shown with" 区域为"Colors only."
3.点击OK.
4.选择Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Contour Plot-Nodal Solu.
5.在"Item to be contoured" 区域, 点亮"DOF solution"和"Elec poten VOLT."。
6.点击OK.
7.选择Main Menu>General Postproc>Plot Results>-Vector Plot-User-defined.
8.在"Item" 区域, 输入EFX.
9.在"Lab2" 区域, 输入EFY.
10.点击OK.
步骤13: 进行电容计算
1.选择Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item.
2.点击OK. 一个弹出窗口会显式所有单元表及其值。
3.点击Close
4.选择Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data.
5.在"Type of data to be retrieved" 区域, 点亮"Results data"和"Elem table sums."
6.点击OK.弹出的对话框显式求和的单元表值。
7.在"Name of parameter to be defined," 区域, 输入W.
8.设置"Element table item" 区域为"SENE."
9.点击OK.
10.选择Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters.
11.
12.点击Close.
13.选择Utility Menu>List>Status>Parameters>Named Parameter.
14.在"Name of parameter" 区域, 点亮C.
15.点击OK. 弹出窗口显式C的值。
16.点击Close关闭弹出窗口。
分页
步骤14: 完成分析
选择Main Menu>Finish. 点击QUIT，选择一种退出方式并点击OK.
分页
14.7 命令流实现
/BATCH,LIST
/PREP7
/TITLE, MICROSTRIP TRANSMISSION LINE ANALYSIS
ET,1,PLANE121! USE 2-D 8-NODE ELECTROSTATIC ELEMENT
V1=1.5! DEFINE STRIP POTENTIAL
V0=0.5! DEFINE GROUND POTENTIAL
MP,PERX,1,1! FREE SPACE RELATIVE PERMITTIVITY
MP,PERX,2,10! SUBSTRATE RELATIVE PERMITTIVITY
RECTNG,0,.5,0,1
RECTNG,.5,5,0,1
RECTNG,0,.5,1,10
RECTNG,.5,5,1,10
AGLUE,ALL
NUMCMP,AREA
ASEL,S,AREA,,1,2
AATT,2
ASEL,ALL! SET AREA ATTRIBUTES FOR AIR
LSEL,S,LOC,Y,1
LSEL,R,LOC,X,.25
LESIZE,ALL,,,8
LSEL,ALL
SMRTSIZE,3
MSHAPE,1! Triangle mesh
AMESH,ALL
NSEL,S,LOC,Y,1! SELECT NODES ON MICROSTRIP
NSEL,R,LOC,X,0,.5
D,ALL,VOLT,V1! APPLY STRIP POTENTIAL
NSEL,S,LOC,Y,0
NSEL,A,LOC,Y,10
NSEL,A,LOC,X,5! SELECT EXTERIOR NODES
D,ALL,VOLT,V0! APPLY GROUND POTENTIAL
NSEL,ALL
ARSCALE,ALL,,,.01,.01,0,,0,1! SCALE MODEL TO METERS
FINISH
/SOLUTION
SOLVE
FINISH
/POST1
ETABLE,SENE,SENE! STORE ELECTROSTATIC ENERGY
ETABLE,EFX,EF,X! STORE POTENTIAL FIELD GRADIENTS
ETABLE,EFY,EF,Y
/NUMBER,1
PLNSOL,VOLT! DISPLAY EQUIPOTENTIAL LINES
PLVECT,EFX,EFY! DISPLAY VECTOR ELECTRIC FIELD (VECTOR)
SSUM! SUM ENERGY
*GET,W,SSUM,,ITEM,SENE! GET ENERGY AS W
C=(W*2)/((V1-V0)**2)! CALCULATE CAPACITANCE (F/M)
C=((C*2)*1E12)! FULL GEOMETRY CAPACITANCE (PF/M)
*STATUS,C! DISPLAY CAPACITANCE
FINISH
14.8 电容计算实例(命令流)
下面是一个如何利用ANSYS命令进行电容矩阵计算的实例，也能通过相应的ANSYS GUI菜单路径进行分析。
关于导体系统求取电容的详细情况见本手册―多导体系统求解电容‖部分。
14.8.1 问题描述
本题为一个无限接地板上面放置二个长圆柱导体，计算导体和地之间的自电容和互电容系数。
14.8.2 建模注意
ANSYS电磁场分析指南 第六章 3-D静态磁场分析(棱边元方法
第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法） 6.1何时使用棱边元方法 在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位A来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可通过使用棱边元方法予以消除。这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。在大多数实际3-D 分析中，推荐使用这种方法。在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。 用棱边元方法分析的典型使用情况有： ·电机 ·变压器 ·感应加热 ·螺线管电磁铁 ·强场磁体 ·非破坏性试验 ·磁搅动 ·电解装置 ·粒子加速器 ·医疗和地球物理仪器 《ANSYS理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法型函数的信息。 对于ANSYS的SOLID117棱边单元，自由度是矢量位A沿单元边切向分量的积分。物理解释为：沿闭合环路对边自由度（通量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。磁通量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。 在ANSYS中，AZ表示边通量自由度，它在MKS单位制中的单位是韦伯（Volt·Secs），SOLID117是20节点六面体单元，它的12个边节点（每条边
的中间节点）上持有边通量自由度AZ。单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。在动态问题中，8个角节点上持有时间积分电势自由度VOLT。 ANSYS程序可用棱边元方法分析3-D静态、谐波和瞬态磁场问题。（实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同），具体参见第7章，第8章。 6.2单元边方法中用到的单元 表 1三维实体单元 6.3物理模型区域的特性与设置 对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。参见下表，详情在后面部分叙述。
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：
ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析
第十六章电路分析 16.1 什么是电路分析 电路分析可以计算源电压和源电流在电路中引起的电压和电流分布。分析方法由源的类型来决定： 源的类型分析方法 交流（AC）谐波分析 直流（DC）静态分析 随时间变化瞬态分析 要在电磁学分析中用有限元来模拟全部电势，就必须提供足够的灵活性来模拟载流电磁设备。ANSYS程序对于电路分析有如下性能： ·用经过改进的基于节点的分析方法来模拟电路分析 ·可以将电路与绕线圈和块状导体直接耦合 ·2-D和3-D模型都可以进行耦合分析 ·支持直流、交流和时间瞬态模拟 ANSYS程序中先进的电路耦合模拟功能精确地模拟多种电子设备，： ·螺线管线圈 ·变压器 ·交流机械 16.2 使用CIRCU124单元 ANSYS提供一种通用电路单元CIRCU124对线性电路进行模拟，该单元求解未知的节点电压（在有些情况下为电流）。电路由各种部件组成，如电阻、电感、互感、电容、独立电压源和电流源、受控电压源和电流源等，这些元件都可以用CIRCU124单元来模拟。 注：本章只描述CIRCU124单元的某些最重要的特性，对该单元的详细描述参见《ANSYS 单元手册》。 16.2.1 可用CIRCU124单元模拟的电路元件
对CIRCU124单元通过设置KEYOPT（1）来确定该单元模拟的电路元件，如下表所示。例如，把KEYOPT（1）设置为2，就可用CIRCU124来模拟电容。对所有的电路元件，正向电流都是从节点I流向节点J。 表1CIRCU124单元能模拟的电路元件 注意：全部的电路选项如上表和下图图1所示，ANSYS的电路建模程序自动生成下列实常数：R15（图形偏置，GOFFST）和R16（单元识别号，ID）。本章下一节将详细讨论电路建模程序。 下图显示了利用不同的KEYOPT（1）设置建立的不同电路元件，那些靠近元件标志的节点是“浮动”节点（即它们并不直接连接到电路中）。 16.2.2 CIRCU124单元的载荷类型 对于独立电流源和独立电压源可用CIRCU124单元KEYOPT（2）选项来设置激励形式，可以定义电流或电压的正弦、脉冲、指数或分段线性激励。详细的载荷函数图和相应的实常数请参见《ANSYS单元手册》。 16.2.3 将FEA（有限元）区耦合到电路区 可将电路分析的三种元件耦合到FEA区，图2所示的这三种元件直接连接到有限元模型的导体上（耦合是在矩阵中进行耦合的，因此只能为线性的）：
ansys大作业ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较要点
期末大作业 题目：简单直流致动器 ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名：柴飞龙 学科（专业）：机械工程 学号：21225169 所在院系：机械工程学系 提交日期2013 年 1 月
1、 背景简述： ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件，如传感器、调节器、电动机、变压器等。 本人在实验室做的课题涉及到电机仿真，用的较多的是ansoft 软件，因为其对电机仿真的功能更强大，电机功能模块更多，界面友好。 现就对一电磁场应用实例，用ANSYS 进行仿真分析，得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。 2、 问题描述： 简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯，中间被空气隙分开的部件组成，线圈中心点处于空气隙中心。衔铁是导磁材料，导磁率为常数（即线性材料，r μ=1000），线圈是可视为均匀材料，空气区为自由空间（1=r μ），匝数为2000，线圈励磁为直流电流：2A 。模型为轴对称。 3、 ANSYS 仿真操作步骤： 第一步：Main menu>preferences
第二步：定义所有物理区的单元类型为PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete 第三步：设置单元行为 模拟模型的轴对称形状，选择Options（选项） 第四步：定义材料 Preprocessor>Material Props> ?定义空气为1号材料(MURX = 1) ?定义衔铁为2号材料(MURX = 1000) ?定义线圈为3号材料(自由空间导磁率，MURX=1)
ANSYS结构分析教程篇
ANSYS结构分析基础篇 一、总体介绍 进行有限元分析的基本流程： 1.分析前的思考 1)采用哪种分析(静态，模态，动态...） 2)模型是零件还是装配件(零件可以form a part形成装配件，有时为了划分六 面体网格采用零件，但零件间需定义bond接触) 3)单元类型选择(线单元，面单元还是实体单元) 4)是否可以简化模型(如镜像对称，轴对称) 2.预处理 1)建立模型 2)定义材料 3)划分网格 4)施加载荷及边界条件 3.求解 4.后处理 1)查看结果(位移，应力，应变，支反力) 2)根据标准规范评估结构的可靠性 3)优化结构设计 高阶篇： 一、结构的离散化 将结构或弹性体人为地划分成由有限个单元，并通过有限个节点相互连接的离散系统。 这一步要解决以下几个方面的问题: 1、选择一个适当的参考系，既要考虑到工程设计习惯，又要照顾到建立模型的方便。 2、根据结构的特点，选择不同类型的单元。对复合结构可能同时用到多种类型的单元，此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。 3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求，合理确定单元的尺寸和阶次。 4、根据工程需要，确定分析类型和计算工况。要考虑参数区间及确定最危险工况等问题。 5、根据结构的实际支撑情况及受载状态，确定各工况的边界约束和有效计算载荷。 二、选择位移插值函数 1、位移插值函数的要求 在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数，并利用节点处的位移连续性条件，将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式。 位移插值函数需要满足相容（协调）条件，采用多项式形式的位移插值函数，这一条件始终可以满足。
有限元分析基础教程(ANSYS算例)(曾攀)
有限元分析基础教程Fundamentals of Finite Element Analysis (ANSYS算例) 曾攀 清华大学 2008-12
有限元分析基础教程曾攀 有限元分析基础教程 Fundamentals of Finite Element Analysis 曾攀 (清华大学) 内容简介 全教程包括两大部分，共分9章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。本书以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建、典型例题、MATLAB程序及算例、ANSYS算例等一系列规范性方式来描述有限元分析的力学原理、程序编制以及实例应用；给出的典型实例都详细提供有完整的数学推演过程以及ANSYS实现过程。本教程的基本理论阐述简明扼要，重点突出，实例丰富，教程中的二部分内容相互衔接，也可独立使用，适合于具有大学高年级学生程度的人员作为培训教材，也适合于不同程度的读者进行自学；对于希望在MATLAB程序以及ANSYS平台进行建模分析的读者，本教程更值得参考。 本基础教程的读者对象：机械、力学、土木、水利、航空航天等专业的工程技术人员、科研工作者。
目录 [[[[[[\\\\\\ 【ANSYS算例】3.3.7(3) 三梁平面框架结构的有限元分析 1 【ANSYS算例】4.3.2(4) 三角形单元与矩形单元的精细网格的计算比较 3 【ANSYS算例】5.3(8) 平面问题斜支座的处理 6 【ANSYS算例】6.2(2) 受均匀载荷方形板的有限元分析9 【ANSYS算例】6.4.2(1) 8万吨模锻液压机主牌坊的分析(GUI) 15 【ANSYS算例】6.4.2(2) 8万吨模锻液压机主牌坊的参数化建模与分析(命令流) 17 【ANSYS算例】7.2(1) 汽车悬挂系统的振动模态分析(GUI) 20 【ANSYS算例】7.2(2) 汽车悬挂系统的振动模态分析(命令流) 23 【ANSYS算例】7.3(1) 带有张拉的绳索的振动模态分析(GUI) 24 【ANSYS算例】7.3(2) 带有张拉的绳索的振动模态分析(命令流) 27 【ANSYS算例】7.4(1) 机翼模型的振动模态分析(GUI) 28 【ANSYS算例】7.4(2) 机翼模型的振动模态分析(命令流) 30 【ANSYS算例】8.2(1) 2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(GUI) 31 【ANSYS算例】8.2(2) 2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(命令流) 33 【ANSYS算例】8.3(1) 金属材料凝固过程的瞬态传热分析(GUI) 34 【ANSYS算例】8.3(2) 金属材料凝固过程的瞬态传热分析(命令流) 38 【ANSYS算例】8.4(1) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(GUI) 39 【ANSYS算例】8.4(2) 升温条件下杆件支撑结构的热应力分析(命令流) 42 【ANSYS算例】9.2(2) 三杆结构塑性卸载后的残余应力计算(命令流) 45 【ANSYS算例】9.3(1) 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(GUI) 46 【ANSYS算例】9.3(2) 悬臂梁在循环加载作用下的弹塑性计算(命令流) 49 附录 B ANSYS软件的基本操作52 B.1 基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step) 53 B.2 log命令流文件的调入操作(可由GUI环境下生成log文件) 56 B.3 完全的直接命令输入方式操作56 B.4 APDL参数化编程的初步操作57
电磁场分析指南——静电场分析(h方法)
第十四章 静电场分析（h方法） 14.1 什么是静电场分析 静电场分析用以确定由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位（电压）分布。该分析能加二种形式的载荷：电压和电荷密度。 静电场分析是假定为线性的，电场正比于所加电压。 静电场分析可以使用两种方法：h方法和p方法。本章讨论传统的h方法。下一章讨论p方法。 14.2 h方法静电场分析中所用单元 h方法静电分析使用如下ANSYS单元： 表1. 二维实体单元 单元维数形状或特征自由度 PLANE1212-D四边形，8节点每个节点上的电压 表2. 三维实体单元 单元维数形状或特征自由度 SOLID1223-D砖形（六面体），20节点每个节点上的电压 SOLID1233-D砖形（六面体），20节点每个节点上的电压 表3. 特殊单元 单元维数形状或特征自由度 MATRIX50无(超单元)取决于构成本单元的单元取决于构成本单元的单元类型 INFIN1102-D4或8节点每个节点1个；磁矢量位，温度，或电位 INFIN1113-D六面体，8或20节点AX、AY、AZ磁矢势，温度，电势，或磁标量势 INFIN92-D平面，无界，2节点AZ磁矢势，温度INFIN473-D四边形4节点或三角形3节点AZ磁矢势，温度 14.3 h方法静电场分析的步骤 静电场分析过程由三个主要步骤组成： 1.建模 2.加载和求解 3.观察结果 14.3.1 建模 定义工作名和标题： 命令：/FILNAME，/TITLE GUI：Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 如果是GUI方式，设置分析参考框：
ANSYS电磁场分析指南 第十一章 磁宏
第十一章磁宏 11.1 什么是电磁宏 电磁宏是ANSYS宏命令，其主要功能是帮助用户方便地建立分析模型、方便地获取想要观察的分析结果。目前，ANSYS提供了下列宏命令，可用于电磁场分析： ·CMATRIX：计算导体间自有和共有电容系数 ·CURR2D：计算二维导电体内电流 ·EMAGERR：计算在静电或电磁场分析中的相对误差 ·EMF：沿预定路径计算电动力（emf）或电压降 ·FLUXV：计算通过闭合回路的通量 ·FMAGBC：对一个单元组件加力边界条件 ·FMAGSUM：对单元组件进行电磁力求和计算 ·FOR2D：计算一个体上的磁力 ·HFSWEEP：在一个频率范围内对高频电磁波导进行时谐响应分析，并进行 相应的后处理计算 ·HMAGSOLV：定义2-D谐波电磁求解选项并进行谐波求解 ·IMPD：计算同轴电磁设备在一个特定参考面上的阻抗 ·LMATRIX：计算任意一组导体间的电感矩阵 ·MAGSOLV：对静态分析定义磁分析选项并开始求解 ·MMF：沿一条路径计算磁动力 ·PERBC2D：对2—D平面分析施加周期性约束 ·PLF2D：生成等势的等值线图 ·PMGTRAN：对瞬态分析的电磁结果求和 ·POWERH：在导体内计算均方根（RMS）能量损失
·QFACT：根据高频模态分析结果计算高频电磁谐振器件的品质因子 ·RACE：定义一个“跑道形”电流源 ·REFLCOEF：计算同轴电磁设备的电压反射系数、驻波比、和回波损失 ·SENERGY：计算单元中储存的磁能或共能 ·SPARM：计算同轴波导或TE10模式矩形波导两个端口间的反射参数 ·TORQ2D：计算在磁场中物体上的力矩 ·TORQC2D：基于一个圆形环路计算在磁场中物体上的力矩 ·TORQSUM：对2-D平面问题中单元部件上的Maxwell力矩和虚功力矩求和 本章对这些宏有详细描述。在ANSYS命令手册和理论手册对这些宏有更详细的描述。 下面的表格列出了这些电磁宏的使用范畴。
ANSYS电磁场分析指南第十六章
ANSYS电磁场分析指南第十六章 发表时间：2007-9-20 作者: 安世亚太来源: e-works 关键字: ANSYS 电磁场分析 CAE教程 第十六章电路分析 16.1 什么是电路分析 电路分析可以计算源电压和源电流在电路中引起的电压和电流分布。分析方法由源的类型来决定：源的类型分析方法 交流（AC）谐波分析 直流（DC）静态分析 随时间变化瞬态分析 要在电磁学分析中用有限元来模拟全部电势，就必须提供足够的灵活性来模拟载流电磁设备。ANSYS 程序对于电路分析有如下性能： ·用经过改进的基于节点的分析方法来模拟电路分析 ·可以将电路与绕线圈和块状导体直接耦合 ·2-D和3-D模型都可以进行耦合分析 ·支持直流、交流和时间瞬态模拟 ANSYS程序中先进的电路耦合模拟功能精确地模拟多种电子设备，： ·螺线管线圈 ·变压器 ·交流机械 16.2 使用CIRCU124单元 ANSYS提供一种通用电路单元CIRCU124对线性电路进行模拟，该单元求解未知的节点电压（在有些情况下为电流）。电路由各种部件组成，如电阻、电感、互感、电容、独立电压源和电流源、受控电压源和电流源等，这些元件都可以用CIRCU124单元来模拟。 注：本章只描述CIRCU124单元的某些最重要的特性，对该单元的详细描述参见《ANSYS单元手册》。 16.2.1 可用CIRCU124单元模拟的电路元件 对CIRCU124单元通过设置KEYOPT（1）来确定该单元模拟的电路元件，如下表所示。例如，把KEYOPT（1）设置为2，就可用CIRCU124来模拟电容。对所有的电路元件，正向电流都是从节点I流向节点J。
ANSYS电磁场分析指南
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ANSYS电磁场分析指南（共17章） ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述： ANSYS电磁场分析指南第二章 2-D静态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）： ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）： ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏： ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元： ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析： ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析： ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：
第一章磁场分析概述 磁场分析对象 利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如： ·电力发电机·磁带及磁盘驱动器 ·变压器·波导 ·螺线管传动器·谐振腔 ·电动机·连接器 ·磁成像系统·天线辐射 ·图像显示设备传感器·滤波器 ·回旋加速器 在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为： ·磁通密度·能量损耗 ·磁场强度·磁漏 ·磁力及磁矩· S-参数 ·阻抗·品质因子Q ·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率 存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。 如何完成电磁场分析计算
ANSYS基础教程—APDL基础
ANSYS基础教程—APDL基础 发表时间：2011-3-17 关键字：ANSYS ANSYS教程 APDL基础 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 本文主要介绍APDL基础功能，包括：定义参数、利用参数、获取数据库信息方面展开。 概述 ·APDL 是ANSYS 参数化设计语言的缩写,它是一种允许使用参数并能完成一系列任务的强大的程序语言。 ·使用APDL, 可以： –用参数而不是用数值输入模型尺寸，材料类型等。 –从ANSYS 数据库中获取信息, 比如节点位置或最大应力。 –在参数中进行数学运算，包括矢量和矩阵运算。 –把常用的命令或宏定义成缩写形式。 –建立一个宏使用if-then-else分支和do循环等来执行一系列任务。 A. 定义参数 ·用以下格式定义参数 Name=Value –可以在输入窗口或标量参数对话框中输入(Utility Menu > Parameters > Scalar Parameters...) –参数名不能超过8个字符。 –值可以是一个数值，一个以前定义过的参数，一个函数，一个参数表达式，或者一个字符串（用单引号括住）。
·例子: inrad=2.5 g=386 outrad=8.2 massdens=density/g numholes=4 circumf=2*pi*rad thick=outrad-inrad area=pi*r**2 e=2.7e6 dist=sqrt((y2-y1)**2+(x2-x1)**2) density=0.283 slope=(y2-y1)/(x2-x1) bb=cos(30) theta=atan(slope) pi=acos(-1) jobname=‘proj1’ 用*SET 看有用参数列表 ·以上例子是关于标量参数的, 它只有一个值—数字或者字符。 ·ANSYS 也提供数组参数, 它有若干个值。数字数组和字符数组都是有效的。字符数组在本教程中不讨论。
ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南（共17章） ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述： ANSYS电磁场分析指南第二章2-D静态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）： ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）： ANSYS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）： ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析： ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏： ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元： ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析： ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析： ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：
第一章磁场分析概述 1.1磁场分析对象 利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器 ·变压器·波导 ·螺线管传动器·谐振腔 ·电动机·连接器 ·磁成像系统·天线辐射 ·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器
在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为： ·磁通密度·能量损耗 ·磁场强度·磁漏 ·磁力及磁矩· S-参数 ·阻抗·品质因子Q ·电感·回波损耗 ·涡流·本征频率 存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算 ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。 1.3静态、谐波、瞬态磁场分析 利用ANSYS可以完成下列磁场分析：
ANSYS入门教程
ANSYS入门教程;ANSYS的启动与退出 启动ANSYS 15.0 （1）快速启动：在Window系统中执行"开始>程序>ANSYS 15.0>Mechanical A PDL (ANSYS)"命令，如图1-9（a）所示菜单，就可以快速启动ANSYS 15.0，采用的用户环境默认为上一次运行的环境配置。 （2）交互式启动：在Windows系统中执行“开始> 程序> ANSYS 15.0 > Mec hanical APDL Product Launcher”命令，如图1-9（b）所示菜单，就是以交互式启动A NSYS 15.0。 建议用户选用交互式启动，这样可防止上一次运行的结果文件被覆盖掉，并且还可以重新选择工作目录和工作文件名，便于用户管理。 退出ANSYS 15.0 （1）命令方式：/EXIT。 （2）GUI路径：用户界面中用鼠标单击ANSYS Toolbar（工具条）中的“QUIT”按钮，或Utility Menu > File > EXIT，出现ANSYS 15.0程序退出对话框，如图1-10所示。 （3）在ANSYS 15.0 输出窗口单击关闭按钮。 注意： 采用第一种和第三种方式退出时，ANSYS直接退出ANSYS；而采用第二种方式时，退出ANSYS前要求用户对当前的数据库（几何模型、载荷、求解结果及三者的组合，或什么都不保存）进行选择性操作，因此建议用户采用第二种方式退出。
【精品文档】 2 ANSYS 15.0 的图形用户界面 启动ANSYS 15.0并设定工作目录和工作文件名后，将进入如图1-11所示的ANSY S 15.0的GUI 界面（Graphical User Interface ，图形用户界面），其主要包括以下几个部分。 1．菜单栏 包括文件操作（File ）、选择功能（Select ）、数据列表（List ）、图形显示（Plot ）、视图环境控制（PlotCtrls ）、工作平面（Workplane ）、参数（Parameters ）、宏命令（Macro ）、菜单控制（MenuCtrls ）和帮助（Help ）10个下拉菜单，囊括了ANSYS 的绝大部分系统环境配置功能。在ANSYS 运行的任何时候均可以访问该菜单。 2．快捷工具条
ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南 第十三章电场分析 13.1 电场分析简介 电场分析就是要计算导电系统或电容系统中的电场，需要计算的典型物理量为： ·电场 ·电流密度 ·电荷密度 ·传导焦耳热 电场分析在工程设计中有广泛应用：汇流条、保险丝、传输线等。 很多情况下，先进行电流传导分析，或者同时进行热分析，以确定因焦耳热而导致的温度分布。也可以在电流传导分析之后直接进行磁场分析以确定电流产生的磁场。有关这方面的内容请参见《ANSYS 耦合场分析指南》。本章只讲单纯的电场分析，主要是稳态电流传导分析、静电场分析和电路分析。 进行电流传递分析要求ANSYS/Multiphysics或者ANSYS/Emag模块。这两个模块还可以进行静电场和电路分析。 ANSYS以泊松方程为静电场分析的基础。参见《ANSYS理论手册》。主要的未知量（节点自由度）是标量电位(电压)。其他物理量由节点电位导出。 13.2 电场分析要用到的单元 表1 传导杆单元 表 2 2-D实体单元
表 3 3-D实体单元 表 4 壳单元 表 5 特殊单元 表 6 通用电路单元
13.3 单元兼容性 有限元模型中可能含带电压自由度的单元，这些单元需要相应的反作用力。见下表。 表7 带电压自由度单元的反作用力
13.4 稳态电流传导分析简介 稳态电流传导分析可以分析计算直流电流和电压降产生的电流密度和电位分布。可以进行两种加载：电压和电流。 稳态电流传导分析认为电压和电流成线性关系，即电流与所加电压成正比。 13.5 稳态电流传导分析的步骤 稳态电流传导分析要确定直流电或电势降导致的电流密度分布和电势（电压）分布，在此分析中载荷有两种类型：外加电压和电流。假定稳态电流传导分析是线性的，即：电流与所加电压成正比。 稳态电流传导分析有三个主要的步骤： 1.建立模型 2.加载并求解 3.观察结果。 13.5.1建立模型 建立模型，定义工作文件名和标题： 命令：/FILNAME, /TITLE GUI：Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 在GUI参数选择框中选择Electric选项。以便能够选择需要的单元。 GUI:Main Menu>Preferences>Electromagnetics>Electric 然后按照《ANSYS建模与分网指南》中的描述定义单元类型、定义材料特性并建立几何模型。 在电流传导分析中，可以使用下列单元： ·LINK68：三维二节点热/电线单元 ·PLANE67：二维四节点热/电四边形单元 ·SOLID5：三维八节点结构/热/磁/电六面体单元
ANSYS基础教程-应力分析
ANSYS基础教程——应力分析 关键字：ANSYS应力分析ANSYS教程 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析，应力分析包括如下几个类型:静态分析瞬态动力分析、模态分析谱分析、谐响应分析显示动力学，本文主要是以线性静态分析为例来描述分析，主要内容有：分析步骤、几何建模、网格划分。 应力分析概述 ·应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。 ANSYS 的应力分析包括如下几个类型: ●静态分析 ●瞬态动力分析 ●模态分析 ●谱分析 ●谐响应分析 ●显示动力学 本文以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。 A. 分析步骤 每个分析包含三个主要步骤:
·前处理 –创建或输入几何模型 –对几何模型划分网格 ·求解 –施加载荷 –求解 ·后处理 –结果评价 –检查结果的正确性 ·注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的；
·前处理器(在ANSYS中称为PREP7)提供了对程序的主要输入； ·前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。也可以使用前处理器PREP7 施加载荷。 ·通常先定义分析对象的几何模型。 ·典型方法是用实体模型模拟几何模型。 –以CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。 –可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。 B. 几何模型 ·典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。 –体由面围成，用来描述实体物体。 –面由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。 –线由关键点组成，用来描述物体的边。 –关键点是三维空间的位置，用来描述物体的顶点。
ansys电磁场分析的一些问题
1、进入求解器之后出现如下警告： Using 1 iteration per substep may result in unconvergent solutions for nonlinear analysis and the program may not indicate divergence in this case. Check your results. 不要担心，这是ANSYS程序设置中的一个友好提示，并不说明你的程序就是错误的（当然出现这个提示也不能证明你的程序就是无误的），你可以接着运行程序。 2、进行非线性求解的时候，如果你输入了材料的磁化曲线，但是很奇怪的是在进行二维分析的时候是成功的，但是三维分析的时候被告知得到的解是不收敛。 原因一：你需要检查一下程序的问题，是不是求解的步长设置的不合理。一般情况下，ANSYS 默认的是25，这个值可以满足大部分计算的需要，不过有的时候你需要把这个步长变大。 原因二、你输入的磁化曲线是正确的吗？是否满足ANSYS的要求？很多参考书上的磁化曲线数据并不满足ANSYS程序的要求，你需要用命令TBPLOT绘制出材料的BH、NB、MH三条曲线，看这三条曲线是不是都是光滑的单调的。 3、为什么绘制出的磁力线只有寥寥几根，如何加密呢？ ANSYS中有很多中显示方式，你不妨去看看命令/SHOW中的说明. 4、边界条件在电磁场分析中至关重要，那么何时采用通量平行条件何时采用通量垂直条件呢？ 在我看来，在ANSYS中，电磁场分析的边界条件是相当直观的。帮助文档中是这么定义的：Flux-normal: Set the normal component of A to zero Flux-parallel: Set in-plane components of A to zero. Far-field: Use element INFIN111. Far-field zer Use AX = AY = AZ = 0. Periodic: Use ANSYS' cyclic symmetry capability. Imposed external field: A(X,Y,Z) does not equal zero. 一般情况下，通量平行条件是可以不加的，但是通量垂直条件一定要加。其实，所谓的平行和垂直就是指实际情况下磁力线和边界的情况。 如果还是不太明白，你可以仔细看看帮助文档中所给出的例子。 5、电磁场分析中远场单元该怎么选择？ 我曾在这方面浪费了很多时间。后来才发现原来是因为自己没有看明白帮助文件中的说明书。这个问题比较复杂，虽然我提出来，但是不知道该怎么说。建议大家还是多看看说明书。呵呵……
ANSYS电磁场分析指南 第十二章 远场单元
第十二章远场单元 使用远场单元可使我们在模型的外边界不用强加边界条件而说明磁场、静电场和热场的远场耗散的问题。下图为一四分之一对称的2-D偶极子有限元模型。如果不用远场单元，就必须使模型扩展到假定的无限位置，然后再说明磁力线平行或磁力线垂直边界条件。而如果使用远场单元(INFIN9)，只需为一部分空气建模，而有效地、精确地、灵活地描述了远场耗散问题。 使用远场单元（这里用的是INFIN9），只需要为一部分空气建模，结果如图2所示。 到底应该为多少空气建模，这要依赖于所处理的问题。如问题中的磁力线相对较闭合（很少磁漏），这样只需为一小部分空气建模；而对磁力线相对较开放的问题，就需要为较大部分空气建模。 12.1 远场单元
ANSYS提供如下表所示的远场单元： 注：INFIN110和INFIN111单元使你在离瞬态热源一定距离处正确地模拟热传导效应。 12.2 使用远场单元的注意事项 1、INFIN9单元和INFIN47单元的放置应以全局坐标原点为中心，通常在有限元边界上的圆弧形远场单元会得到最佳结果。 2、用INFIN110单元和INFIN111单元为远场效应建模时具有更大的灵活性。 3、INFIN110单元和INFIN111单元的“极向(Pole)”应与扰动（如载荷）中心一致。有时可能会有多个“极向”，有的可能不落在坐标圆点，这时单元极向应与最近的扰动一致，或与所有扰动的近似中心一致。与INFIN9 和INFIN47单元相比，INFIN110和INFIN111单元不需以全局坐标圆心为中心。 4、当用INFIN110和INFIN111单元时，必须给它们的外表面加无限表面(INF)标志，用SF族命令或其相应的GUI路径。
ANSYS基础教程—准备工作
ANSYS基础教程—准备工作 发表时间：2011-3-8 关键字：ANSYSANSYS教程ANSYS准备工作 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享 本文讨论了在开始ANSYS分析之前，需要作哪些决定。目的是在彻底进入分析之前有一个理想的总体规划。主要包含以下三个方面：哪一种分析类型、模拟什么？采用哪一种单元类型？ 概述 ·在开始ANSYS分析之前，您需要作一些决定，诸如分析类型及所要创建模型的类型。 ·在这一章，我们将讨论这一过程的决策。目的是在您彻底进入分析之前给您一个理想的总体规划。 ·标题如下： –A. 哪一种分析类型？ –B. 模拟什么？ –C. 采用哪一种单元类型？ A. 哪种分析类型？ ·分析类型通常遵循以下原则： 结构分析：实体的运动、压力、接触 热分析：热、高温及温度变化。 电磁场分析：装置承受电流（交流或直流）、电磁波、电压或电荷激励 流体分析：气体或液体的运动，或包容的气体/流体 耦合场：上述分析的任意组合 ·在这里，我们将集中讨论结构分析。 ·当您选择了结构分析，接下来的问题是： –静力还是动力分析？ –线性还是非线性分析？ ·要回答这些问题，先要知道物体承受什么样的激励（载荷），因为下述三种类型的力决定了它的响应。 –静力（刚度） –惯性力（质量）
–阻尼力 静力与动力分析的区别 ·静力分析假定只有刚度力是重要的。 ·动力分析考虑所有三种类型的力。 ·例如：考虑跳水板的分析 –如果潜水者静止地站在跳水板上，做一个静力分析已经足够了。 –但是如果潜水者在跳水板上下跳动，必须进行动力分析。 ·如果施加的荷载随时间快速变化，则惯性力和阻尼力通常是重要的。 ·因此可以通过载荷是否是时间相关来选择是静力还是动力分析。 –如果在相对较长的时间载荷是一个常数，请选择静态分析。 –否则，选择动态分析 ·总之，如果激励频率小于结构最低阶固有频率的1/3，则可以进行静力分析。线性与非线性分析的区别 ·线性分析假设忽略荷载对结构刚度变化的影响。典型的特征是： –小变形 –弹性围的应变和应力 –没有诸如两物体接触或分离时的刚度突变。
ANSYS电磁场分析指南 第八章 3-D瞬态磁场分析(棱边单元法
第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法） 8.1 用棱边元方法进行3-D瞬态分析 用棱边元方法进行3-D瞬态分析的步骤与下一章的用MVP方法进行瞬态分析的步骤大体一样，只不过它们使用不同的自由度和运算法则，棱边元方法使用Frontal、sparse、JCG和ICCG求解器。参见《ANSYS基本过程手册》中求解器的详细介绍。 ANSYS支持3D静态、时谐、瞬态棱边单元分析。前面两章讨论的是静态和时谐分析，本章讨论瞬态分析。 8.2 3-D瞬态磁场分析（棱边元方法）的步骤 1. 在GUI菜单过滤中选定Magnetic-Edge项 2. 定义任务名和题目 命令：/FILNAME和/TITLE GUI:Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 3. 进入ANSYS前处理器 命令：/PREP7 GUI:Main Menu>Preprocessor 4. 选择SOLID117单元 命令：ET,solid117 GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 5. 定义SOLID117单元选项 对导电区用AZ-VOLT自由度，对不导电区用AZ自由度。 命令：KEYOPT GUI:Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete
与第七章“谐波分析”描述的类似 6．定义材料特性 对涡流区必须说明电阻值RSVX，材料定义的过程详见第二章。 7．建立模型 用Main Menu>Preprocessor>-Modeling-界面。 8. 赋予特性 命令：VATT GUI: Main menu>Preprocessor>-Attributes-Define 9. 划分网格（用Mapped网格） 命令：VMESH GUI:Main Menu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped 10. 进入求解器 命令：/SOLU GUI:Main Menu>Solution 11．给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件 命令：DA GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary 用AZ=0来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件是自然边界条件，无需说明。 12. 给绞线圈加电流密度载荷 命令：BFE,js GUI:Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation 除了加电流密度载荷外，还可以给一个块导体加总电流： 命令：F,,amps
ANSYS电磁场分析指南 第十四章 静电场分析(h方法
第十四章静电场分析（h方法） 14.1 什么是静电场分析 静电场分析用以确定由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位（电压）分布。该分析能加二种形式的载荷：电压和电荷密度。 静电场分析是假定为线性的，电场正比于所加电压。 静电场分析可以使用两种方法：h方法和p方法。本章讨论传统的h方法。下一章讨论p方法。 14.2h方法静电场分析中所用单元 h方法静电分析使用如下ANSYS单元： 表1. 二维实体单元 表2. 三维实体单元 表3. 特殊单元 14.3h方法静电场分析的步骤 静电场分析过程由三个主要步骤组成：
1.建模 2.加载和求解 3.观察结果 14.3.1 建模 定义工作名和标题： 命令：/FILNAME，/TITLE GUI：Utility Menu>File>Change Jobname Utility Menu>File>Change Title 如果是GUI方式，设置分析参考框： GUI：Main Menu>Preferences>Electromagnetics：Electric 设置为Electric，以确保电场分析所需的单元能显示出来。之后就可以使用ANSYS前处理器来建立模型，其过程与其它分析类似，详见《ANSYS建模和分网指南》。 对于静电分析，必须定义材料的介电常数（PERX），它可能与温度有关，可能是各向同性，也可能是各向异性。 对于微机电系统（MEMS），最好能更方便地设置单位制，因为一些部件只有几微米大小。详见下面MKS制到μMKSV制电参数换算系数和MKS制到μMSVfA制电参数换算系数表 表4． MKS制到μMKSV制电参数换算系数表