ANSYS电磁场分析指南第五章3-D静态磁场分析标量法共32页

第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）

5.1 在3-D静态磁场分析（标量法）中要用到的单元

表1三维实体单元：

表2三维界面单元

表3三维连接单元

表4三维远场单元

SOLID96和SOLID97是磁场分析专用单元，SOLID62、SOLID5和SOLID98更适合于耦合场求解。

5.2 磁标量位（MSP）法介绍

在磁标量位方法中，可使用三种不同的分析方法：简化标势法(RSP)、差分标势法(DSP)和通用标势(GSP)法。

·若模型中不包含铁区，或有铁区但无电流源时，用RSP法。若模型中既有铁区又有电流源时，就不能用这种方法。

·若不适用RSP法，就选择DSP法或GSP法。DSP法适用于单连通铁区，GSP 法适用于多连通铁区。

5.2.1 单连通区与多连通区

单连通铁区是指不能为电流源所产生的磁通量提供闭合回路的铁区，而多连通铁区则可以构成闭合回路。参见图1(a)、(b)“连通域”。

数学上，通过安培定律来判断单连通区或是多连通区，即磁场强度沿闭合回路的积分等于包围的电流（或是电动势降MMF）。

因为铁的磁导率非常大，所以在单连通区域中的MMF降接近于零，几乎全部的MMF降都发生在空气隙中。但在多连通区域中，无论铁的磁导率如何，所有的MMF降都发生在铁芯中。

5.3 3-D静态磁标势分析的步骤

该分析类型与2－D静态分析的步骤基本一样：

1.建立物理环境

2.建模、给模型区域赋属性和分网格

3.加边界条件和载荷（激励）

4.用RSP、DSP或GSP方法求解

5.观察结果

5.3.1创建物理环境

首先设置分析参数为“Magnetic-Nodal”，并给出分析题目。然后用ANSYS 前处理器定义物理环境包含的项目。即单元类型、KEYOPT选项、材料特性等。3D分析的大部分过程与2D分析一致，本章下面部分介绍3D分析中要特殊注意的事项。

· SOLID96单元可为模型所有的内部区域建模，包括：饱和区、永磁区和空气区（自由空间）。对于电流传导区，需用SOURC36单元来表示，关于电流传导区建模，后面有详细讲述。

·对于空气单元的外层区域，推荐使用INFIN47单元（4节点边界单元）或INFIN111单元（8节点或20节点边界单元）。INFIN47单元和INFIN111单元可很好地描述磁场的远场衰减，通常比使用磁力线垂直或磁力线平行条件得到的结果更准确。二种单元中，INFIN111更精确一些。

·缺省单位制使用MKS单位制(米-千克-秒国际单位制)，可用下列方式改变成其他单位制。一旦选定，所有输入数据都应该使用该单位制。为了方便建模，可以先在其他单位制系统下面建模（如毫米或英寸），然后进行缩放。

用下列方式定义单位制：

命令：EMUNIT

GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Electromag Units

·根据用户设定的单位制，自由空间的相对导磁率将自动设定：

在MKS单位制中，，或者根据用命令EMUNIT来设定一个值。

5.3.2 设置GUI菜单过滤

如果你是通过GUI路径来运行ANSYS，当ANSYS被激活后第一件要做的事情是选择菜单路径：Main Menu>Preferences，在对话框出现后，选择

Magnetic-Nodal。

因为ANSYS会根据你选择的参数来对单元进行过滤，选择Magnetic-Nodal

以确保能够使用用于3D静态磁场分析的单元。

5.3.3 定义材料属性

分析模型可有一种或多种材料区域：空气、导磁材料、导电区和永磁体。每种类型的材料区具有所要求的材料性质。

ANSYS材料库自身带有几种磁性材料，可以直接把这些材料性质读入数据库，不用再手动的逐点输入。如有必要，可对它们进行修改，以便与所分析的课题相匹配。

在ANSYS材料库中定义的磁性材料如下：

该表中铜的材料性质定义有与温度有关的电阻率和相对导磁率，所有其他材料的性质均定义为B－H曲线。对于列表中的材料，在ANSYS材料库内定义的都是典型性质，而且已外推到整个高饱和区。你所需的实际材料值可能与ANSYS

材料库提供值有所不同，因此，必要时可修正所用ANSYS材料库文件以满足用户所需。

5.3.3.1 访问材料库文件：

下面介绍读写材料库文件的基本过程。详细参见《ANSYS入门指南》和《ANSYS 基本过程手册》。

读材料库文件，进行以下操作：

1. 如果你还没有定义好单位制，用/UNITS命令定义。

注意：缺省单位制为MKS,GUI列表只列出当前被激活单位制的材料库文件。

2. 定义材料库文件所在的路径。（你需要知道系统管理员放置材料库文件的路径）

命令：/MPLIB,read,pathdata

GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path

3. 将材料库文件读入到数据库中。

命令：MPREAD,filename,,,LIB

GUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Import Library

Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Other>Change Mat

Props>Material Library>Import Library

写材料库文件，进行以下操作：

1. 用MP命令或菜单Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic 编辑材料性质定义，然后将改后的材料特性写回到材料库文件当中去。

2.在前处理器中执行下列命令：

命令：MPWRITE,filename,,,LIB,MAT

GUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Export Library

5.3.4 定义材料属性和实常数的一般原则

下面讲述关于设置物理模型区域的一般原则。在“2-D谐波（AC）分析”一章中详细描述了2-D模型中需要设定的一些特殊区域。