耦合场分析指南第一章

1-5
1.4 GUI路径及命令语言
ANSYS耦合场分析指南
贯穿于本手册，你将会看到对ANSYS命令及其相应GUI路径的引用。这种引用只是针对命令的 名称，因为不必总是需要指定命令所有变量，指定命令变量的组合执行不同的功能。对完整的ANSYS 命令的语法，查询《ANSYS Commands Reference》。
1.3 单位制
在ANSYS中应确保你所输入所有数据单位制的统一。可以使用任何单位制。对电磁场分析，参 见《ANSYS Commands Reference》中EMUNIT命令对于自由空间中磁导率和介电常数设定的更多信 息。
对微电机械系统（MEMS），用更合适的单位制建立模型会更加方便，因为MEMS部件通常大 小为几微米。为方便，表1-1到1-8列出从标准的MKS转换到µMKSV 及µMSVfA及的转换系数。
F/m
[1]
能量
J
电容
F
电场
电通量密 度
V/m C/(m)2
量纲
A (kg)(m)2/(A)(s)3
(A)(s) (A)2(s)3/(kg)(m)3 (Kg)(m3/(A)2(s)3 (A)2(s)4/(kg)(m)3
(kg)(m)2/(s)2 (A)2(s)4/(kg)(m)2 (kg)(m)/(s)3(A)
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。
参见本手册中第五章关于声学的更多信息。 参见《ANSYS Basic Analysis Guide》中关于加载的更多信息。
109
nS/µm
(fA)2(s)3/(g)(µm)3
电阻率
Ωm
(kg)(m3/(A)2(s)3
10-9
-
(g)(µm)3/(fA)2(s)3
介电常数 F/m (A)2(s)4/(kg)(m)3
109
[1]
能量
J
(kg)(m)2/(s)2
1015
fF/µm fJ
(fA)2(s)2/(g)(µm)3 (g)(µm)2/(s)2
103
fW/(µm)2°K
10-3
g/(µm)(s)
运动粘度 (m)2/s
(m)2/s
1012
(µm)2/s
量纲
(g)(µm)/( °K)(s)3 g/(s)3
(µm)2/(°K)(s)2 (g)(µm)2/(s)3 g/(µm)(s)3
g/(s)2
g/(µm)(s) (µm)2/s
1-4
ANSYS耦合场分析指南
kg/(µm)(s)3
1
pW/(µm)2°K
10-6
kg/(µm)(s)
1012
(µm)2/s
kg/(s)2
kg/(µm)(s) (µm)2/s
1-2
ANSYS耦合场分析指南
表 1-3 电学从 MKS 到 uMKSV 的转换系数
电学参数 MKS 单 位
电流
A
电压
V
电荷
C
电导率
S/m
电阻率
Ωm
介电常数
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
磁场参数 MKS 单 位
磁通量 磁通量密度
场强 电流 电流密度 磁导率[2 ] 电感
Weber Tesla A/m
A A/(m)2
H/m H
量纲
乘以此数 获得µMKSv 单位制
量纲
(kg)(m)2/(A)(s)2
1
Weber
(g)(µm)2/(fA)(s)2
kg/(A)(s)2
10-12
-
g/(fA)(s)2
(kg)(µm)2/(s)2 (pA)2(s)4/(kg)(µm)2 (kg)(µm)/(s)3(pA)
(pA)(s)/(µm)2
1. 自由空间的介电常数为 8.854 x 10-6 pF/µm. 表 1-4 磁场从MKS到uMKSV[1]的单位制转换
磁场参数 MKS单 位
量纲
磁通量
Weber (kg)(m)2/(A)(s)2
表 1-7 电学从 MKS 到 uMSVfA 单位制的转换系数
电学参数 MKS单 位
量纲
乘以此数 获得µMsvfa 单 位
量纲
电流
A
A
1015
fA
fA
电压
V
(kg)(m)2/(A)(s)3
1
V
(g)(µm)2/(fA)(s)3
电荷
C
(A)(s)
1015
fC
(fA)(s)
电导率
S/m
(A)2(s)3/(kg)(m)3
GUI路径则尽可能显示完整。因为很多情况下，选择GUI路径将执行你想要进行的操作。另外的 情况，选择本手册指示的GUI路径会出现菜单会对话框；从该处，必须选择额外的选项才能适合于 具体执行的任务。
对本指南中所有的分析类型，指定要模拟的材料使用直观的材料模型定义界面。这个界面使用 分等级的树型材料分类，意在助你选择正确的分析模型。参见《ANSYS Basic Analysis Guide 》中 的1.2.4.4 材料模型界面一节。
pA/(µm)2 TH/µm
TH
量纲
(kg)(µm)2/(pA)(s)2 kg/(pA)(s)2
pA/µm pA
pA/(µm)2 (kg)(µm)/(pA)2(s)2 (kg)(µm)2/(pA)2(s)2
1. 只有不变的磁导率才能用这些单位 2. 自由空间的磁导率为 4πx10-25 TH/µm
1-3
kg/(s)2
Kg/(m)(s) (m)2/s
乘以此 数 106
1 1012 1012 10-6
获得µMKSv 单位
pW/(µm)( °K) pW/(µm)2
pJ/(kg)( °K)
pW pW/(µm)3
量纲
(kg)(µm)/( °K)(s)3
kg/(s)3 (µm)2/(°K)(s)2 (kg)(µm)2/(s)3
(A)(s)/(m)2
乘以此数 获得µMKSv 单 位
1012
pA
1
V
1012
pC
106
pS/µm
10-6
TΩµm
106
pF/µm
1012
pJ
1012
pF
10-6
V/µm
1
pC/(µm)2
量纲
pA (kg)(µm)2/(pA)(s)3
(pA)(s) (pA)2(s)3/(kg)(µm)3 (kg)(µm)3/(pA)2(s)3 (pA)2(s)2/(kg)(µm)3
ANSYS耦合场分析指南
表 1-5 力学从 MKS 到 uMSVfA 的转换系数
力学参数 MKS单位
长度
m
量纲 m
乘以此数 获得µMsvfa单位
106
µm
量纲 µm
力
N
(kg)(m)/(s)2
109
nN
(g)(µm)/(s)2
时间
s
s
1
s
S
质量
kg
kg
103
g
G
压力
Pa
(kg)/(m)(s)2
10-3
kg/(s)3
103
fW/(µm)2
比热 热流
J/(kg)( °K )
W
(m)2/(°K)(s)2 (kg)(m)2/(s)3
1012
fJ/(g)( °K)
1015
fW
单位体积 的热生成
W/m3
(kg)/(m对流系
W/(m)2° K
动力粘度 Kg/(m)(s)
kg/(s)2 kg/(m)(s)
kPa
g/(µm)(s)2
速度
m/s
m/s
106
µm/s
µm/s
加速度
m/(s)2
m/(s)2
106
m/(s)2
µm/(s)2
密度
Kg/(m)3
kg/(m)3
10-15
g/(µm)3
g/(µm)3
应力
Pa
kg/(m)(s)2
10-3
kPa
g/(µm)(s)2
杨氏模量
Pa
kg/(m)(s)2
10-3
kPa
A/m
109
fA/µm
fA/µm
A
1015
fA
fA
A/(m)2
103
fA/(µm)2
fA/(µm)2
(kg)(m)/(A)2(s)2
10-21
-
(g)(µm)/(fA)2(s)2
(kg)(m)2/(A)2(s)2
10-15
-
(g)(µm)2/(fA)2(s)2
1. 只对不变的磁导率才可以使用此单位制。 2. 自由空间的磁导率为 4π x 10-28 (g)(µm)/(fA)2(s)2.
g/(µm)(s)2
功率
W
(kg)(m)2/(s)3 1015
fW
(g)(µm)2/(s)3
表 1-6 热学从 MKS 到 uMSVfA 的转换系数