ANSYS电磁场分析指南-2D
ANSYS电磁场分析指南
第一章磁场分析概述 (1)
1.1磁场分析对象 (1)
1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算 (2)
1.3静态、谐波、瞬态磁场分析 (2)
1.4关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较 (3)
1.4.12-D分析和3-D分析比较 (3)
1.5高频电磁场分析 (4)
1.6电磁场单元概述 (4)
1.7关于GUI路径和命令方式 (5)
第二章2-D静态磁场分析 (6)
2.1什么是静态磁场分析 (6)
2.2二维静态磁场分析中要用到的单元： (6)
2.3静态磁场分析的步骤 (7)
2.3.1创建物理环境 (7)
2.3.1.1设置GUI过滤 (7)
2.3.1.2定义分析标题 (8)
2.4 算例----2-D螺线管致动器内静态磁场的分析（GUI方式） (31)
第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析 (35)
3.1 什么是谐波磁场分析 (35)
3.2 线性与非线性谐波分析 (36)
3.3 二维谐波磁场分析中要用到的单元 (36)
3.4 创建2-D谐波磁场的物理环境 (37)
3.5 建立模型，划分网格，赋予特性 (43)
3.6 加边界条件和励磁载荷 (43)
3.7 求解 (46)
3.8 观察结果 (51)
3.9 算例----2-D自由空间线圈的谐波磁场的分析（GUI） (59)
3.11 算例----二维非线性谐波分析（命令流方式） (70)
3.12 其它例题 (74)
第四章２-Ｄ瞬态磁场分析 (74)
4.2 2-D瞬态磁场分析中用到的单元 (74)
4.3 创建2D瞬态磁场分析的物理环境 (75)
4.4 建立模型，划分网格，指定属性 (75)
4.5 施加边界条件和励磁载荷 (75)
4.6 求解 (77)
4.7 后处理 (81)
4.8 算例--- 2-D螺线管致动器内瞬态磁场的分析（GUI） (84)
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：
·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维静态磁场分析”
·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析”
·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析”
·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）”
·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）”
·3-D谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法）”
·3-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场分析（棱边元方法）”
·基于节点方法的3-D静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D静态磁场分析”
·基于节点方法的3-D谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D谐波磁场分析”
·基于节点方法的3-D瞬态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D瞬态磁场分析”
1.4关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较
什么时候选择2－D模型，什么时候选择3－D模型？标量位方法和矢量位方法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解3-D问题又有什么区别？在下面将进行详细比较。
1.4.12-D分析和3-D分析比较
3-D分析就是用3-D模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要3-D模型来进行模拟。然而3-D 模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。所以，若有可能，请尽量考虑用2-D模型来进行建模求解。
1.4.2什么是磁标量位方法？
对于大多数3-D静态分析请尽量使用标量位方法。此方法将电流源以基元的方式单独处理，无需为其建立模型和划分有限元网格。由于电流源不必成为有限元网格模型中的一部分，建立模型更容易。标量位方法提供以下功能：
·砖型（六面体）、楔型、金字塔型、四面体单元。
·电流源以基元的方式定义（线圈型、杆型、弧型）
·可含永久磁体激励
·求解线性和非线性导磁率问题
·可使用节点偶合和约束方程
此外，标量位方法中电流源建模简单，因为用户只需在合适的位置施加电流源基元（线圈型、杆型等）就可以模拟电流对磁场的贡献。
1.4.3 什么是磁矢量位方法？
矢量位方法（MVP）是ANSYS支持的两种基于节点的方法中的一种（标量位法是另一种基于节点的方法）。这两种方法都可用于求解3-D静态、时谐、瞬态分析。
矢量位方法中的每个节点的自由度要比标量位方法多：因为它在X、Y和Z方向分别具有磁矢量位AX、AY、AZ。在载压或电路耦合分析中还引入了另外三个自由度：电流(CURR)，电压降(EMF)和电压(VOLT)。2-D 静态磁分析必须采用矢量位方法，此时主自由度只有AZ。
在矢量位方法中，电流源（电流传导区域）要作为整个有限元模型的一部分。由于它的节点自由度更多，所以比标量位方法的运算速度要慢一些。
矢量位方法可应用于3-D静态、时谐和瞬态的磁场分析计算。但是，当计算区域含有导磁材料时，该方法的精度会有损失（因为在不同导磁率材料的分界面上，由于矢量位的法向分量非常大，影响了计算结果的精度）。
你可以使用INTER115单元，在同一模型中同时使用3-D标量位方法和3-D矢量位方法。
1.4.4什么是棱边元方法？
我们推荐在解决大多数的3-D时谐问题和瞬态问题时，选用棱边单元法，但此方法对于2-D问题不适用。
棱边单元法中的自由度与单元边有关系，而与单元节点没关系。此方法在3-D低频静态和动态电磁场的模拟仿真方面有很好的求解能力。
这种方法和基于节点的矢量位法同时求解具有相同泛函表达式的模型时，此方法更精确，特别是当模型中有铁区存在时。当自由度是变化的情况下，棱边单元法比基于节点的矢量位方法更有效。
ANSYS理论手册中有关于此方法更细致的描述。
1.4.5棱边元方法和矢量位方法的比较
主要的不同在于棱边单元法具有更高的精度，对于3-D分析来说，使用棱边单元的分析过程和用MVP分析的过程基本相同。
所以，如前所述，我们推荐在求解大多数的3-D时谐和瞬态问题时采用单元边方法，但在下列情况下只能用矢量位法：
·模型中存在着运动效应和电路耦合时；
·模型要求电路和速度效应时
·所分析的模型中没有铁区时。
1.5高频电磁场分析
ANSYS程序具有高频电磁分析功能，用于分析计算给定结构的电磁场和电磁波的传播特性。
大多数高频器件都是用电磁波传播信息。同一器件在不同频率的表现显然是不同的，因此在高频器件设计中，进行频响特性分析就显得尤为重要。当信号的波长与导波设备的大小相当时，就必须进行高频分析。
ANSYS提供时谐分析和模态分析两种分析方法，详见第10章《高频电磁场分析》。
1.6电磁场单元概述
ANSYS提供了很多可用于模拟电磁现象的单元，表1-1作了简要介绍，单元和单元特性（自由度、KEYOPT选项、输入和输出等）的详细描述请参见ANSYS单元手册。注意，并非下表中的所有单元都能应用于所有的电磁分析类型，详情请参阅相关分析类型章节的描述。
表格1电磁场单元
单元维数单元类型节点数形状自由度1和其它特征
PLANE53 2-D 磁实体矢量8 四边形
AZ；AZ-VOLT；AZ-CURR；
AZ-CURR-EMF
SOURC36 3-D 电流源 3 无无自由度，线圈、杆、弧型基元
SOLID96 3-D 磁实体标量8 砖形MAG (简化、差分、通用标势)
SOLID97 3-D 磁实体矢量8 砖形AX、AY、AZ、VOLT；AX、AY、AZ、CURR；AX、AY、
AZ、CURR、EMF；
AX、AY、AZ、CURR、VOLT；
支持速度效应和电路耦合INTER115 3-D 界面 4 四边形AX、AY、AZ、MAG SOLID117 3-D 低频棱边单元20 砖形AZ(棱边)；AZ(棱边)-VOLT HF119 3-D 高频棱边单元10 四面体AX(棱边)
HF120 3-D 高频棱边单元20 砖型AX(棱边)
CIRCU124 1-D 电路8 线段VOLT、CURR、EMF；电阻、电容、电感、电流源、电压源、绞线圈、2D大线圈、3D大线圈、互感、
控制源
PLANE121 2-D 静电实体8 四边形VOLT
SOLID122 3-D 静电实体20 砖型VOLT
SOLID123 3-D 静电实体10 四面体VOLT
SOLID127 3-D 静电实体10 Tet VOLT
SOLID128 3-D 静电实体20 Brick VOLT
INFIN9 2-D 无限边界 2 线段AZ-TEMP
INFIN110 2-D 无限实体8 四边形AZ、VOLT、TEMP
INFIN47 3-D 无限边界 4 四边形MAG、TEMP
INFIN111 3-D 无限实体20 砖型MAG、AX、AY、AZ、VOLT、TEMP PLANE67 2-D 热电实体 4 四边形TEMP-VOLT
LINK68 3-D 热电杆 2 线段TEMP-VOLT
SOLID69 3-D 热电实体8 砖型TEMP-VOLT
SHELL157 3-D 热电壳 4 四边形TEMP-VOLT
PLANE13 2-D 耦合实体 4 四边形UX、UY、TEMP、AZ；UX-UY-VOLT
SOLID5 3-D 耦合实体8 砖型UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG；TEMP-VOLT-MAG；
UX-UY-UZ；
TEMP、VOLT/MAG
SOLID62 3-D 磁结构8 砖型UX-UY-UZ-AX-AY-AZ-VOLT
SOLID98 3-D 耦合实体10 四面体UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG；TEMP-VOLT-MAG；
UX-UY-UZ；
TEMP、VOLT/MAG
1具体的自由度根据KEYOPT选项的具体设置来激活
1.7关于GUI路径和命令方式
在本指南中，贯穿始终，都会看见许多ANSYS命令流和其等效路径的提示。这些命令行一般只使用了命令名，并没有列出所有变量参数。如果在命令后面加了不同的变量，将执行一些其他的更复杂的操作。若希望了解更复杂的命令语法，请参考《ANSYS命令指南》
我们尽可能多地列出了GUI等效路径的提示帮助。很多情况下，直接执行GUI路径就可以执行相应的命令函数；在有些情况下，执行GUI路径后，会出现菜单和对话框，根据提示选择相应的选项完成希望执行的命令函数。
对于本指南的所有分析，在定义材料属性时，将应用一种更加仿真的界面形式。界面根据材料属性的不同，分门别类地分级列出树状形式结构，这样便于用户更加合理的选择材料类型。详细情况请参见《ANSYS
第二章2-D静态磁场分析
2.1什么是静态磁场分析
静态磁场分析考虑由下列激励产生的静态磁场：
·永磁体·稳态直流电流·外加电压·运动导体·外加静磁场
静磁分析不考虑随时间变化效应，如涡流等。它可以模拟各种饱和非饱和的磁性材料和永磁体。
静磁分析的分析步骤根据以下几个因素决定：
·模型是2－D还是3－D
·在分析中，考虑使用哪种方法。如果静态分析为2－D，就必须采用在本章内讨论的矢量位方法。对于3－D静态分析，你可选其中标量位方法（第5章）、矢量位方法（第9章）、或者棱边元方法（第6章）。
2.2二维静态磁场分析中要用到的单元：
2-D模型要用二维单元来表示结构的几何形状。虽然所有的物体都是三维的，但在实际计算时首先要考虑是否能将它简化成2-D平面问题或轴对称问题，这是因为2-D模型建立起来更容易，运算起来也更快捷。
ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Emag模块提供了一些用于2-D静态磁场分析的单元（如下表）。
详细情况参见《ANSYS单元手册》。
表格 2 2-D实体单元
单元维数形状或特性自由度
PLANE13 2-D
四边形，4节点
或三角形，3节点最多可达每节点4个；可以是磁矢势(AZ)、位移、温度或时间积分电势。
PLANE53 2-D
四边形，8节点
或三角形，6节点
最多可达每节点4个；可以是磁矢势(AZ)、时间积分电势、电流或电动势降。
表格3. 远场单元
单元维数形状或特性自由度
INFIN9 2-D 线型，2节点磁矢势(AZ) INFIN110 2-D 四边形，4个或8个节点磁矢势(AZ)、电势、温度
表格4. 通用电路单元
单元维数形状或特性自由度注意
CIRCU124 无通用电路单元，最多
可6节点
每节点最多可有三个；可以是电势、
电流或电动势降
通常与磁场耦
合时使用
2-D单元用矢量位方法（即求解问题时使用的自由度为矢量位）。因为单元是二维的，故每个节点只有一个矢量位自由度：AZ(Z方向上的矢量位)。时间积分电势(VOLT)用于载流块导体或给导体施加强制终端条件。
还有一个附加的自由度，电流(CURR)，是载压线圈中每匝中的电流值，便于给源线圈加电压载荷，它常用于载压线圈和电路耦合。当电压或电流载荷是通过一个外部电路施加时，就需要CIRCU124单元具有AZ、CURR和EMF（电动势降或电势降）这几个自由度。（关于电磁电路耦合的更详细信息，参见《ANSYS耦合场分析指南》）。
2.3静态磁场分析的步骤
静态磁场分析分以下五个步骤：
1.创建物理环境
2.建立模型，划分网格，对模型的不同区域赋予特性
3.加边界条件和载荷（激磁）
4.求解
5.后处理（查看计算结果）
下面将详细讨论这几个步骤，在本章末，还有一个螺线管电磁铁的2－D静态分析例题。这个例题是以ANSYS图形用户界面的方式来做的，并且还给出了相应的ANSYS命令格式。
2.3.1创建物理环境
在定义一个分析问题的物理环境时，进入ANSYS前处理器，建立这个物理物体的数学仿真模型。按照以下步骤来建立物理环境：
1、设置GUI菜单过滤
2、定义分析标题（/TITLE）
3、说明单元类型及其选项（KEYOPT选项）
4、定义单元坐标系
5、设置实常数和单位制
6、定义材料属性
2.3.1.1设置GUI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2-D静态磁场分析的单元。
2.3.1.2定义分析标题
给你所进行的分析一个能够代表所分析内容的标题，比如“2-D solenoid actuator static analysis”，确认使用一个能够与其他相似物理几何模型区别的标题。用下列方法定义分析标题。
命令：/TITLE
GUI:：
Utility Menu>File>Change Title
2.3.1.3定义单元类型及其选项
与其他分析一样，进行相应的单元选择，详细过程参见《ANSYS基本过程指南》。
各种不同的单元组合在一起，成为具体的物理问题的抽象模型。根据处理问题的不同，在模型的不同区域定义不同的单元。例如，铁区用一种单元类型，而绞线圈需要用另一种单元类型。你所选择的单元及它们的选项（KEYOPTs，后面还要详细讨论）可以反映待求区域的物理事实。定义好不同的单元及其选项后，就可以施加在模型的不同区域。
下面的表格和图形显示在2-D分析中存在两种不同区域。
表格5
空气
DOF: AZ
材料特性：MU r (MURX), rho (RSVX) (如要计算焦耳热)
铁
DOF: AZ
材料特性：MU r(MURX)或B-H曲线(TB命令)
永磁体DOF: AZ
材料特性：MU r (MURX)或B-H曲线(TB命令)，H c(矫顽力矢量MGXX,MGYY)
注：永磁体的极化方向由矫顽力矢量和单元坐标系共同控制。
载流绞线圈
DOF: AZ
材料特性：MU r (MURX)
特殊特性：加源电流密度JS(用BFE,,JS 命令)
注：假定绞线圈内有不受外界影响的ＤＣ电流。可以根据线圈匝数，每匝中的电流和线圈横截面积来计算电流密度。
载压绞线圈 DOF: AZ,CURR
材料特性：MU r (MURX), rho (RSVX)
实常数：CARE,TURN,LENG,DIRZ,FILL
特殊特性：加电压降VLTG(用BFE 命令)，耦合CURR 自由度。 注：用单元PLANE53建模，外加电压不受外界环境影响。
运动导体DOF: AZ
材料特性：MU r (MURX)或B-H曲线(TB命令), rho (RSVX) 实常数：VELOX,VELOY,OMEGAZ,XLOC,YLOC
注：运动物体不允许在空间上有“材料”的改变。
用PLANE13和PLANE53单元表示所有的内部区域，包括铁区，导电区，永磁体区和空气等。
模拟一个平面无边界问题，可采用2节点边界元INFIN9或4/8节点边界元INFIN110。INFIN9或INFIN110能模拟磁场的远场衰减，而且相对于给定磁流平行或垂直边界条件而言，远场单元可得到更好的计算结果。
大多数单元类型都有关键选项（KEYOPTs），这些选项用以修正单元特性。例如，单元PLANE53有如下KEYOPTs：
KEYOPT（1）选择单元自由度
KEYOPT（2）指定单元采用通用速度方程还是不计速度效应
KEYOPT（3）设定平面或轴对称选择
KEYOPT（4）设置单元坐标系类型
KEYOPT（5）说明单元结果打印输出选项
KEYOPT（7）保存磁力，用以与有中间节点或无中间节点结构单元进行耦合
每种单元类型具有不同的KEYOPT设置，同一个KEYOPT对不同的单元含义也不一样。KEYOPT（1）一般用于控制附加自由度的采用，这些附加自由度用来模拟求解区间内不同的物理区域（例如，绞线导体、大导体、电路耦合导体等）。关于KEYOPT设置的详细情况参见《ANSYS单元手册》。
设置单元关键选项的方式如下：
命令：ET
KEYOPT
GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/delete
2.3.1.4定义单元坐标系
如果你的材料是分层的（迭片材料），或者永磁材料的极性是任意的，那么定义完单元类型及选项后，还需要说明单元坐标系（缺省为全局笛卡尔坐标系），这首先要定义一个局部坐标系（通过原点坐标及方向角来定义），方式如下：
命令：LOCAL
GUI:Utility Menu>WorkPlane>Local Coordinate Systems>Create
Local CS>At Specified Loc
局部坐标系可以是笛卡尔坐标系、柱坐标系（圆或椭圆）、球坐标系或环形坐标系。一旦定义了一种或多种局部坐标系，就需设置一个指针，确定即将定义的单元的坐标系，设置指针的方式如下：
命令：ESYS
GUI: Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Default Attribs
Main Menu>Preprocessor>Create>Elements>Elem Attributes
Main Menu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep
2.3.1.5定义单元实常数和单位制
单元实常数和单元类型密切相关，用Ｒ族命令（如R,RMODIF等）或其相应菜单路径来说明。在电磁分析中，你可用实常数来定义绞线圈的几何形状、绕组特性以及描述速度效应等。当定义实常数时，要遵守如下二个规则：
1. 必须按次序输入实常数，详见《ANSYS单元手册》中的列表。
2. 对于多单元类型模型，每种单元采用独立的实常数组（即不同的REAL参考号）。但是，一个单元类型可注明几个实常数组。
命令：R
GUI：Main Menu>Preprocessor>Real Constants
系统缺省的单位制是MKS制（米－安培－秒），你可以改变成你所习惯的一种新的单位制，但载压导体或电路耦合的导体必须使用MKS单位制。一旦选用了一种单位制，以后所有的输入均要按照这种单位制。
命令：EMUNIT
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Electromag Units
根据所选定的单位制，空气的导磁率μ0＝4π×10－-7H/M（在MKS制中），或μ0＝EMUNIT命令（或其等效的图形用户界面路径）定义的值。
2.3.1.6定义材料特性
你的模型中可以有下列一种或多种材料区域：空气（自由空间），导磁材料，导电区和永磁区。每种材料区都要输入相应的材料特性。
ANSYS程序材料库中有一些已定义好材料特性的材料，可以直接使用它们，也可以修改成需要的形式再使用。ANSYS材料库中已定义好的材料如下：
材料材料性质文件
Copper（铜）emag Copper. SI_MPL
M3 steel（钢）emag M3. SI_MPL
M54 steel（钢）emag M54. SI_MPL
SA1010 steel（钢）emag Sa1010. SI_MPL
Carpenter steel（硅钢）emag Silicon. SI_MPL
Iron Cobalt Vanadium steel（铁－钴－钒－钢）emag Vanad. SI_MPL
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。
2.3.1.6.1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
2.3.1.6.2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”中也详细描述了2-D模型中需要设定的一些特殊区域。
1）空气：
说明相对磁导率为1.0。
命令：MP,murx
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models > Electromagnetics > Relative Permeability >Constant
2）导磁材料区：
说明B-H曲线，可以从库中读出，也可以自己输入。
命令：MPREAD,filename,…
GUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Import Library
命令：TB,
TBPT
GUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics> BH Curve
* 输入B-H曲线必须要遵守的规则：
1.B与H要一一对应，且应B随H是单调递增，如图1所示。B-H曲线缺省通过原点，即（0，0）点不输入。用下面的命令验证B-H曲线：
命令：TBPLOT
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve
2. ANSYS程序根据B-H曲线自动计算n-B2曲线（n为磁阻率），它应该是光滑且连续的，可用TBPLOT 命令来验证，如图1所示。
3. B-H曲线应覆盖材料的全部工作范围，确保足够多的数据点以完整描述曲线．如果需要超出B-H曲线的点，程序按斜率不变自动进行外延处理，你可以如下改变X-轴的范围并用TBPLOT命令画图来观察其外推情况。
命令：/XRANGE
GUI: Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs
其他原则：
1．如果材料是线性的，那只需如下说明相对磁导率m r（可以是各向同性或各向异性）。
命令：MP,murx
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>
Electromagnetics > Relative Permeability>Constant
2．如果对同一种材料既定义了非线性的B-H曲线，又定义了相对磁导率，ANSYS将只使用其相对磁导率。
3．各向异性材料的相对磁导率可用MP命令的MURX、MURY、MURZ域来分别进行定义，联合使用B-H曲线和相对磁导率可定义正交各向异性材料的其中一个方向的非线性行为（如叠片铁磁材料）。要在材料的某个方向上定义B-H曲线，只需将该方向上的相对磁导率定义为零即可。例如，假设对材料2定义了B-H曲线，而只希望该B-H曲线作用在材料的Y轴上，而材料的X轴和Z轴都只定义相对磁导率1000，则可按如下步骤完成
mp,murx,2,1000
mp,mury,2,0!read B-H curve for material 2
mp,murz,2,1000
2.3.1.7源导体区：
源导体即连有外部电流“发生器”（提供稳恒电流）的导体，当你要计算焦耳热损耗时需说明它的电阻率，电阻率可以是各向同性或正交各向异性。
命令：MP,rsvx
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models> Electromagnetics>
Resistivity>Isotropic
在静态分析中，阻抗仅仅用于损耗计算。
2.3.1.8运动导体区域：
对一个运动导体进行分析（速度效应），要规定各向同性电阻率（以上所示方法）。
可求解运动体在特定情况下的电磁场，这些特定情况为：运动体本身表现为一种均匀运动体，亦即运动“材料”在空间保持不变，如图2所示的两种情况：
·第一种情况，一个实体转子绕轴以一个不变速率旋转。
·第二种情况，一个“无限”长导体以不变的速度平移。
诸如开槽转子以不变速度旋转等情形就不能考虑速度效应，因为这种情况下，电机中的“槽”就表示了旋转体在材料上不连续。另外，有限宽的平移导体在磁场中移动也不能考虑速度效应。典型的能考虑速度效应的例子是实体转子感应电机，直线感应电机和涡流制动系统等。
静态分析要求输入运动导体的平移速度或旋转速率，速度值和转动中心点坐标通过单元实常数来定义。速度效应通过单元关键选项来激活，而且只有PLANE53单元有此功能。
2.3.1.9运动体分析的实常数有：
·VELOX，VELOY —在总体直角座标系的X和Y方向上的速度分量。
·OMEGAZ —关于总体直角座标系Z轴的角(旋转)速度(以周/秒(HZ)表示)。
·XLOC，YLOC —转动中心点在总体直角座标系上的X、Y坐标值。
运动体电磁分析问题的分析结果精度与网格的精细程度、磁导率、电导率和速度相关，可用磁雷诺数
M re＝μvd /ρ
式中μ为磁导率、ρ为电阻率、v为速度、d为导体有限元单元的特征长度（沿运动方向），磁雷诺数只在静态或瞬态分析中有意义。
运动方程只是在磁雷诺数相对小时才有效和精确，典型量级为1.0，高雷诺数时精度随问题而变化。在后处理中可计算和获得磁雷诺数。除磁场解外，还可在在后处理中得到由速度引起的电流，即速度电流密度（JVZ）。
2.3.1.10永磁区：
需要说明永磁体的退磁B-H曲线（如果是线性，可用相对导磁率）和磁矫顽力矢量(MGXX,MGYY或MGZZ)。
命令：MP
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve
退磁B-H曲线通常在第二象限，但需按第一象限输入，在输入的H值中要增加一个＂偏移量＂Hc（定义如下），图3显示了实际退磁曲线和ANSYS退磁曲线的差别。
Hc为矫顽力矢量的幅值，矫顽力矢量常和单元坐标系一起定义永磁体的极化轴方向。
下面例题所示为一个条形磁体在总体坐标X－Y平面内处于与X轴呈300夹角的轴线上, 磁体单元被假定赋予一个局部单元座标系，该局部坐标系的X轴与极化方向一致。本例还展示了磁体退磁特性和相应的材料性质输入。
/PREP7
HC=3000! 矫顽力
BR=4000! 剩磁感应强度
THETA=30! 永磁体极性方向
*AFUN,DEG! 角度以度表示
MP,MGXX,2,HC! 矫顽力X分量
! B-H 曲线:
TB,BH,2! 材料号2的B－H曲线
TBPT,DEFI,-3000+HC,0! 偏移后的B－H曲线
TBPT,,-2800+HC,500! 第一点“DEFI”缺省
TBPT,,-2550+HC,1000
TBPT,,-2250+HC,1500
TBPT,,-2000+HC,1800
TBPT,,-1800+HC,2000
TBPT,,-1350+HC,2500
TBPT,,-900+HC,3000
TBPT,,-425+HC,3500
TBPT,,0+HC,4000 TBPLOT,BH,2! 绘制B－H曲线
图4展示了在第一象限内创建的永磁体B－H曲线，在ANSYS命令手册中，对*AFUN、MP、TB、TBPLOT等命令有更详细的描述。
联合使用一条B－H曲线和正交相对磁导率，可以描述非线性正交材料（叠片结构）。在每一个相对磁导率为零的单元坐标系方向上，ANSYS将使用该B-H曲线。
2.3.1.11载压绞线圈：
对载压绞线圈，要定义电阻率。按如下方式定义：
命令：MP,rsvx
GUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>
Electromagnetics>Resistivity>Isotropic
绞线圈是按＂Ｎ＂形缠绕的单股连续型线圈，如下图图5所示。对这样的线圈要定义各向同性（且只能是各向同性）电阻值。
载压绞线圈只能用PLANE53单元来建模，还需要定义下列实常数:
CARE 线圈横截面积。无论对称性如何，此常数代表绞线型线圈的实际物理面积。
TURN 线圈总匝数。无论对称性如何，此常数代表绞线型线圈的实际总匝数。
LENG Z-方向上线圈长度。在2-D平面分析中，此常数代表线圈的实际长度。
DIRZ 电流方向，详见单元手册对PLANE53的描述。
FILL 线圈填充因子。此常数代表线圈组在线圈横截面积中所占的比例，它影响
线圈的电阻值（还可以用它来“调正”线圈电阻值）。
2.3.2建模，分网，指定特性
建模过程可参照《ANSYS建模和分网指南》，然后在模型各个区域内指定特性（单元类型、选项、单元坐标系、实常数和材料性质等，参见“（－）建立物理环境”部分。
通过GUI为模型中的各区赋予特性：
1. 选择Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define>Picked Areas
2. 点击模型中要选定的区域。
3. 在对话框中为所选定的区域说明材料号、实常数号、单元类型号和单元坐标系号。
4. 重复这些步骤，直至处理完所有区域。
通过命令为模型中的各区赋予特性：
ASEL（选择模型区域）
MAT（说明材料号）
REAL（说明实常数组号）
TYPE（指定单元类型号）
ESYS（说明单元坐标系号）
指定完毕各区域特性后，就可划分有限元网格了，详见《ANSYS建模和分网指南》。
既可以给实体模型（关键点、线、面）也可以给有限元模型（节点和单元）施加边界条件和载荷，在求解时，ANSYS程序自动将加到实体模型上载荷转递到有限元模型上。
通过一系列级联菜单，可以实现所有的加载操作。当选择Main Menu > Solution > －Loads－ > Apply > －Magnetic－时，ANSYS程序将列出所有的边界条件和三种载荷类型。然后选择合理的类型和合理的边界条件或载荷。对于一个2－D静态分析，能选择的边界条件和载荷如下：
表格 6 边界条件
-Boundary--Excitation--Flag--Other-
-Vector Poten- -Curr Density- Comp. Force -Curr Segment-
On Keypoints On Keypoints -Infinite Surf- On Keypoints
On Nodes On Nodes On Lines On Nodes
-Flux Par"l- On Elements On Areas -Maxwell Surf-
On Lines Voltage Drop On Nodes On Lines
On Nodes On Areas
-Flux Normal- On Nodes
On Lines -Virtual Disp-
On Nodes On Keypoints
Periodic BCs On Nodes 例如，施加电流密度到单元上，GUI路径如下：
GUI：Main Menu>Preprocessor>-Loads->Apply>-Magnetic-> -Excitation->-Curr Density -> On Elements
在菜单上你可以见到列出的其他载荷类型或载荷，假如它们呈灰色，就意味着在2-D静态分析中不能加该载荷，或该单元类型的KEYOPT选项设置不合适。另外，也可以通过ANSYS命令来输入载荷。
要列出已存在的载荷，方式如下:
GUI: Utility Menu>List>Loads>load type
下面将详细描述可以施加的各种载荷：
2.3.3.1边界条件
2.3.3.1.1磁矢量位(AZ)
通过指定磁矢量位，可以定义磁力线平行、远场、周期性边界、以及外部强加磁场等条件。下表列出了每种边界条件需要的AZ值：
边界条件AZ值
磁力线垂直不需要（自然边界条件，自然满足）
磁力线平行说明AZ=0，用D命令或GUI路径Main
Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-Vector Poten-Flux Par’l-On Lines or On Nodes
远场用远场单元INFIN9（只用于平面分析）和INFIN110
周期性
用PERBC2D宏在节点上创建奇对称或偶对称周期性边界条件，或用GUI路径Main
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。
基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析解读
基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析 发表时间：2007-9-11 作者: 黄劭刚夏永洪张景明来源: 万方数据 关键字: APDL语言同步发电机电磁场有限元 介绍了应用ANSYS自带的APDL编程语言进行软件开发，将该软件应用于同步发电机空载磁场分析中，在电机的电磁场计算中实现了电机的自动旋转、自动施加载荷的功能，使用、修改方便，并且计算速度快。通过对电磁场计算结果的后处理，得出了同步发电机的旋转磁场波形和电压波形。样机测试结果验证了分析结果的正确。 1 前言 ANSYS软件是一个功能强大、灵活的，融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。广泛用于核工业、石油化工、航空航天、机械制造、土木工程等一般工业及科学研究领域的设计分析。 在实际的电机电磁场分析中，电机的转子磁极形状、定子齿槽形状、气隙大小以及铁磁材料均已确定，但是当转子相对十定子齿槽的位置不同时一，其计算结果也不相同。为了分析电机电磁场问题，若把定、转子相对位置固定不变进行求解，再对电磁场计算结果进行傅立叶级数分解来计算电机绕组的电势则误差太大。为此，需要对定、转子不同位置时一分别进行计算，然后通过电磁场的计算结果求出电机何个定子齿部磁通随转角变化的关系，然后根据磁通的变化率求出电机基波绕组的电势。ANSYS软件是目前应用最为广泛、使用最方便的通用有限元分析软件之一，应用ANSYS软件来分析电机电磁场是非常有效的。但是当采用ANSYS软件的图形用户界面( GUI)操作方式时，每次定、转子之间的旋转、网格剖分、施加载荷进行求解、查看计算结果等都需要人工进行重复操作，使用起来非常繁琐，并且效率低。为此，木文采用ANSYS软件的APDL语言编写的软件对同步发电机的空载磁场进行研究，实现了电机定、转子之间的自动旋转，自动网格剖分，自动施加载荷以及自动求解的功能。整个电磁场分析过程无需人工进行干预，使用方便，便于修改，并且大大提高了计算速度。通过对同步发电机电磁场计算结果进行后处理，得出了同步发电机的旋转磁场波形和电压波形。 2 软件实现 ANSYS软件提供了图形用户界面与命令流两种方式来分析电机电磁场问题。在电机电磁场计算中，命令流方式和图形用户界面方式相比，具有以下优点:(1)通用性好，对于同系列、同型号的电机电磁场计算只要对电机的尺寸参数进行修改即可，而采用ANSYS的图形用户界面方式进行电机电磁场计算，每次计算都要重新输入图形，没有通用性;(2)通过合理应用ANSYS的APDL语言编写一个两重循环程序就可实现转子自动旋转和自动施加励磁电流的功能，与ANSYS 的图形用户界面方式相比，减少了人机交互的次数，缩短了计算时间。 2.1软件编写
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电磁场分析指南解读
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 ANSYSU 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 ANSY 电磁场分析指南第一章 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 第一章磁场分析概述 1.1 磁场分析对象 利用ANSYS/Ema 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
据用户所选择的单元类型和单元选项的不同， ANSYS+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ANSY 测以完成下列磁场分析： ?2-D 静态磁场分析，分析直流电（DC ）或永磁体所产生的磁场，用矢量位方 程。参见本书“二维静态磁场分析” ?2-D 谐波磁场分析，分析低频交流电流（AC ）或交流电压所产生的磁场，用 矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析” ?2 -D 瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包 含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析” ?3-D 静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。 参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）” ?3-D 静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。 参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）” ?3-D 谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议 尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法） ?3-D 瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，用 棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场 分析（棱边元方法）” 3-D 静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法 ?基于节点方法的3-D 谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法 的 3-D 谐波磁场分析” 1.4 关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较 什么时候选择2-D 模型，什么时候选择3-D 模型？标量位方法和矢量位方 法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解 3-D 问题又有什么区别？在下面 将进行详细比较。 1.4.12-D 分析和 3-D 分析比较 3-D 分析就是用 3-D 模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要 3- D 模型来进行模拟。然而3-D 模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。 所以，若 ?基于节点方法的 的 3-D 静态磁场分析” ?基于节点方法的 的 3-D 瞬态磁场分析” 3-D 瞬态磁场分析， 用矢量位方法。参见“基于节点方法
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分析电磁场
三维螺线管静态磁场分析 要求计算螺线管，如下图所示，衔铁所受磁力，线圈为直流激励，产生力驱动衔铁。线圈电流为6A，500匝。由于对称性，只分析1/4的模型，如图1所示： 图1螺线管制动器 在仿真分析时，空气相对磁导系数为1.0；使用智能网格划分（LVL=8）；设定全部面为通量平行，这是自然边界条件，自动得到满足。因为是采用的1/4对称模型，所以磁力的计算结果要乘以4。
施加边界条件： ! /SOLU D,2,MAG,0 ! !SOLVE ! ALLSEL,ALL MAGSOLV,3,,,,,1 FINISH ! 建立的模型如下图所示：
对模型进行智能网格划分，如下图所示： 仿真分析所得磁场强度分布图为：
衔铁所受磁力分布图为： 衔铁所受磁力分布图为：
计算所得衔铁所受磁力为： SUMMARY OF FORCES BY VIRTUAL WORK Load Step Number: 2. Substep Number: 1. Time: 0.2000E+01 Units of Force: ( N ) Component Force-X Force-Y Force-Z ARM 0.14339E+02 0.11359E+02 -0.12846E+02 ___________________________________________________ SUMMARY OF FORCES BY MAXWELL STRESS TENSOR Units of Force: ( N ) Component Force-X Force-Y Force-Z ARM 0.79007E+01 0.55769E+01 -0.11511E+02 _____________________________________________________ Note: Maxwell forces are in the Global Cartesian coordinate system. Virtual work forces are in the element ESYS coordinate system.
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。
最新ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述汇总
A N S Y S电磁场分析指南第一章磁场分析概 述
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： ·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维静态磁场分析” ·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析” ·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）” ·3-D谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法）” ·3-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场分析（棱边元方法）” ·基于节点方法的3-D静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D静态磁场分析” ·基于节点方法的3-D谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D谐波磁场分析” ·基于节点方法的3-D瞬态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D瞬态磁场分析” 1.4关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较 什么时候选择2－D模型，什么时候选择3－D模型？标量位方法和矢量位方法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解3-D问题又有什么区别？在下面将进行详细比较。 1.4.12-D分析和3-D分析比较 3-D分析就是用3-D模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要3-D模型来进行模拟。然而3-D模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。所以，若有可能，请尽量考虑用2-D模型来进行建模求解。
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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
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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 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……
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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电磁场分析指南第一章磁场分析概述
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： ·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维静态磁场分析” ·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析” ·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）” ·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）” ·3-D谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法）” ·3-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场分析（棱边元方法）” ·基于节点方法的3-D静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D静态磁场分析” ·基于节点方法的3-D谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D谐波磁场分析” ·基于节点方法的3-D瞬态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D瞬态磁场分析” 1.4关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较 什么时候选择2－D模型，什么时候选择3－D模型？标量位方法和矢量位方法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解3-D问题又有什么区别？在下面将进行详细比较。 3-D分析就是用3-D模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要3-D 模型来进行模拟。然而3-D模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。所以，若有可能，请尽量考虑用2-D模型来进行建模求解。
ansys大作业ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析.
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