浅谈ANSOFT_MAXWELL网格剖分
浅谈Ansoft_Maxwell软件（论文资料）
浅谈Ansoft Maxwell软件在小型化真空灭弧室绝缘优化设计中的应用引言随着真空开关技术的加速发展，真空灭弧室不断地走向小型化，真空灭弧室内部绝缘水平的合理设计已显得尤为重要，并成为领域内普遍关注的研究方向，真空灭弧室内部电场的分布是内部绝缘水平设计的关键，而内部电场分析研究是一项极其复杂的动态绝缘问题，其基础是真空灭弧室内部静电场问题的研究。
这里仅从真空灭弧室的静态电场来着手分析，在小型化真空灭弧室设计与改进过程中，借助Ansoft Maxwell软件的静电场分析功能可以对真空灭弧室内部各组成元件的不同形状和不同位置下的静电场进行分析，根据分析结果不断地调整，最终使其内部静电场达到均匀分布的状态，从而提高了小型化真空灭弧室的内部绝缘水平。
2、Ansoft Maxwell软件介绍Ansoft Maxwell软件是国际上流行的大型通用有限软件包，是功能强大的电磁场仿真工具，主要应用于电场、磁场、涡流场、热场等领域的计算与分析中。
Ansoft Maxwell软件是完全的Window程序，友好的用户界面，使用起来直观、方便。
该软件较比其它有限元分析软件具有如下几点优势：（1）具有强大的数据处理功能。
（2）拥有简便易行的绘图功能的同时兼有模型输入端口，可以方便的导入其他绘图软件形成的模型。
（3）在剖分过程中，可进行手动剖分和自动剖分，网格形状和疏密程度灵活多样，能量误差可减小到任意指定值。
（4）能够进行各类线性和非线性分析。
3、Ansoft Maxwell软件在小型化真空灭弧室绝缘优化设计中的应用真空灭弧室内部主要由触头、导电杆、屏蔽罩、波纹管等元件组成，影响其内部绝缘水平的因素很多，但内部结构的合理设计可以有效实现内部各间隙之间的电容均衡，内部电场强度分布均匀，从而提高内部绝缘水平。
下面是笔者在工作中利用Ansoft Maxwell 二维软件对小型化真空灭弧室内部结构和电场进行分析优化的一些方法和体会，供同仁们探讨。
ANSOFT_MAXWELL_教学ANSOFT_MAXWELL_教学
软件介绍
推荐网址
• 西莫电机论坛/ • Simwe仿真论坛/
―在调试磁场仿真的过程中，越来越深刻体 会到，要顺利完成一个仿真，必须具备两方 面的素质，其一是对软件的基本操作要非常 熟悉，比如3D模型创建，手动网格剖分， 后处理损耗和电感参数提取等；另外一个就 是对基础理论的扎实掌握，包括电机的绕组 理论，电磁场有限元理论等。前者只要通过 相关培训或教程的学习，加以必要的练习， 就可以很快上手；后者则绝非一日之功，这 对于开发一种新电机而言，尤其如此。” ——摘自Forlink 新浪博客
气球边界条件
• 在很多模型中，需要进行散磁或较远处磁场的数 值计算，而绘制过大的求解区域则会无谓的增加 计算成本，引入无穷远边界条件是一种非常理想 的处理方法。 • Maxwell 将无穷远边界条件称之为气球边界条件， 这样在绘制求解域范围时就可以不必将求解域绘 制的过于庞大，从而减小可内存和CPU 等计算资 源的开销。 • 在施加气球边界条件的边线上，磁场既不垂直边 线也不平行于边线。当所计算的模型过于磁饱和 或专门要考察模型漏磁性能时，多采用气球边界 条件
建模
几种建模方法及注意事项
一个良好的模型，是正确进行有限元分析的前提。 •完全使用maxwell建模，这个是最保险的办法。 •使用Rmxprt里面的电机模型（单极，全电机） •从cad软件，比如autocad solidworks等导入。 •采用混合建模方法，比如rm生成，cad导入，maxwell 建模。这种混合建模方法，只适用于模型中不相互接 触的部件
• 微分方程和边界条件 • 二维有限元初步
– Step1 列出与偏微分方程边值问题等价的条件 变分问题。 – Step 2 将区域作三角形单元剖分，并在单元中， 构造出线性插值函数。 – Step 3 将能量泛函的极值问题转化为能量函数 的极值问题，建立线性代数方程组。 – Step 4 求解线性代数方程组。
ANSOFT MAXWELL数据处理方法
合成一个面如果操作过程中提示你操作会失去原来的面或者线的时候，不妨把面或者线先copy，操作了之后再paste就好。
Solid用来生成体。
第一栏用来直接生成一些规则的体。
Sweep是通过旋转、拉伸面模型得到体。
第二栏是对体进行一些布尔操作，如加减等。
Split是将一个体沿一个面（xy、yz、xz）劈开成两部分，可以选择要保留的部分。
在减操作时，如有必要，还是先copy一下被减模型。
第三栏cover surface是通过闭合的曲面生成体。
Arrange选取模型组件后，对模型组件进行移动、旋转、镜像（不保存原模型）、缩放等操作。
Options用来进行一些基本的设置。
单位的转换，检查两个体是否有重叠（保存的时候会自动检查）、设置background大小、定义公式以及设置颜色。
二、材料设置相对比较简单，Maxwell材料库自带了一些常用的材料，如果没有可以自己新建一个材料。
Material—〉Add，输入文件名，及相关的参数即可。
如果BH曲线是非线性的，就，在B-H Nonlinear Material前面打勾，就会有自己输入BH曲线的选项，自己输入就好。
但是要注意BH曲线是单调递增的。
新建的材料还可以设置为理想导体和各向异性的材料。
三、边界条件/激励的设置边界条件在3D模型中用的相对比较少，因为模型外层可以设置为真空区域，边界条件可以自动给出，如果是对称模型就可以设置相关的边界条件了。
我曾经做一个轴对称模型，相用模型的1/4计算，不过边界条件设置没有设对，可以自己摸索一下。
关于激励的设置，在加载电流的时候，最重要的一点是要将模型建立成一个回路。
否则的话无法得到正确的结果。
在回路中加电源的位置建一个截面，在截面上加载就好，注意截面要是平面，不能为曲面。
在进行瞬态分析的时候，Model—〉set eddy effect处设置有涡流效应的导体，处于有源回路上的导体不能设置涡流效应。
瞬态分析激励设置时，先将加载的面设置为Source：coil Terminal。
（完整版）关于Ansoftmaxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明
（完整版）关于Ansoftmaxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明考虑到最近很多⼈在问这个问题，因此专门整理出来，供新⼿参考。
先谈⼀下什么情况下需要做铁耗分析。
对常规交流电机（同步或者异步电机），只有定⼦铁⼼才会产⽣铁耗，转⼦铁⼼是没有铁耗的，学过电机的⼈都明⽩的。
因此，只需要对定⼦铁⼼给出B-P曲线（也就是铁损曲线）。
注意，B-P 曲线分为单频和多频两种，能给出多频损耗曲线最好，这样maxwell算得准些。
设置完铁损曲线以后，还要记得在excitations/set core loss，对定⼦铁⼼勾选才⾏。
此时，不需要给定⼦和转⼦铁⼼再施加电导率，这是初学者容易忽视的问题。
后处理中，通过result/create transient reports/core loss查看铁耗随时间变化曲线。
再谈⼀下什么情况下需要做涡流损耗分析。
对永磁电机，永磁体受空间⾼次谐波的影响，会在表⾯产⽣涡流损耗；对实⼼转⼦电机，由于是⼤块导体，因此涡流损耗占绝⼤部分。
以上两种情况需要考虑做涡流损耗分析。
现以永磁电机为例，具体阐述。
对永磁体设置电导率，然后对每个永磁体分别施加零电流激励源，在excitations/set eddy effect，对永磁体勾选。
注意，若只考虑永磁体的涡流损耗，⽽不考虑电机其他部分（定转⼦铁⼼）的涡流损耗，则只需要给永磁体赋予电导率值，其他部件不需要赋电导率，这是初学者容易搞错的地⽅。
简⽽⾔之，只对需要考虑涡流损耗的部件，施加电导率，零电流激励和set eddy effect。
后处理中，通过results/create transient reports/retangular report/solid loss查看涡流损耗随时间变化曲线。
最后，再次强调⼀下，做涡流损耗分析，需要skin depth based refinement ⽹格剖分才⾏。
以上⽅法，适⽤于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并适⽤于所有电机种类。
ansoft maxwell 入门及相关基础操作
4 边界条件（Boundary）
4 Master/Slave Boundary 主从边界条件
主从边界条件是由两类边界条件配合而成，即主边界条件和 从边界条件。在使用时要先将模型的一条边定义为主边界，然后 再设定另外一条边为从边界。该边界条件的引入可以将类似于旋 转电机之类的几何模型简化，仅计算其中的一个极或一对极，从
具有高性能矩阵求解器和多CUP处理能力，提供了最快的求
解速度。
1 功能介绍（续）
求解器选择
1 功能介绍（续）
静磁场求解器（Magnetostatic ）
用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场， 是用于激励器、传感器、电机及永磁体等。该模块可自动计算
磁场力、转矩、电感和储能。
瞬态磁场求解器（Transient ） 用于求解某些涉及到运动和任意波形的电压、电流源激励 的设备，可获得精确的预测性能特性。该模块能同时求解磁场、 电路及运动等强耦合的方程，从而得到电机的相关运行性能
Maxwell 将无穷远边界条件称之为气球边界条件，这样在绘
制求解域范围时就可以不必将求解域绘制的过于庞大，从而减 小可内存和CPU 等计算资源的开销。
4 边界条件（Boundary）
当所计算的模型过于磁饱和或专门要考察模型漏磁性能时多采 用气球边界条件。 点击 菜 单 栏 中 的 Maxwell2D/Boundaries/Assign/Balloon Boundary 项，弹出下图所示的窗口，这里无需用户定义气 球边界的参数，仅定义其边界名称即可。
1 功能介绍（续）
涡流场求解器（Eddy Current）
用于分析受涡流、集肤效应、邻近效应影响的系统。 它求解的频率范围可以从０到数百兆赫兹，能够自动计算损
浅谈Ansoft Maxwell软件
浅谈Ansoft Maxwell软件在小型化真空灭弧室绝缘优化设计中的应用引言随着真空开关技术的加速发展，真空灭弧室不断地走向小型化，真空灭弧室内部绝缘水平的合理设计已显得尤为重要，并成为领域内普遍关注的研究方向，真空灭弧室内部电场的分布是内部绝缘水平设计的关键，而内部电场分析研究是一项极其复杂的动态绝缘问题，其基础是真空灭弧室内部静电场问题的研究。
这里仅从真空灭弧室的静态电场来着手分析，在小型化真空灭弧室设计与改进过程中，借助Ansoft Maxwell软件的静电场分析功能可以对真空灭弧室内部各组成元件的不同形状和不同位置下的静电场进行分析，根据分析结果不断地调整，最终使其内部静电场达到均匀分布的状态，从而提高了小型化真空灭弧室的内部绝缘水平。
2、Ansoft Maxwell软件介绍Ansoft Maxwell软件是国际上流行的大型通用有限软件包，是功能强大的电磁场仿真工具，主要应用于电场、磁场、涡流场、热场等领域的计算与分析中。
Ansoft Maxwell 软件是完全的Window程序，友好的用户界面，使用起来直观、方便。
该软件较比其它有限元分析软件具有如下几点优势：（1）具有强大的数据处理功能。
（2）拥有简便易行的绘图功能的同时兼有模型输入端口，可以方便的导入其他绘图软件形成的模型。
（3）在剖分过程中，可进行手动剖分和自动剖分，网格形状和疏密程度灵活多样，能量误差可减小到任意指定值。
（4）能够进行各类线性和非线性分析。
3、Ansoft Maxwell软件在小型化真空灭弧室绝缘优化设计中的应用真空灭弧室内部主要由触头、导电杆、屏蔽罩、波纹管等元件组成，影响其内部绝缘水平的因素很多，但内部结构的合理设计可以有效实现内部各间隙之间的电容均衡，内部电场强度分布均匀，从而提高内部绝缘水平。
下面是笔者在工作中利用Ansoft Maxwell 二维软件对小型化真空灭弧室内部结构和电场进行分析优化的一些方法和体会，供同仁们探讨。
2019-ANSOFTMAXWELL教学-文档资料
Maxwell 2D 的激励源设置
• 所有的计算模型都必须保证有激励源，即 所计算的系统其能量不能为0，不同的场其
激励源形式或机理均不相同。有时甚至可以 通过实际工程的激励源形式来判断究竟该 用哪个模块来进行建模计算
气球边界条件
• 在很多模型中，需要进行散磁或较远处磁场的数 值计算，而绘制过大的求解区域则会无谓的增加 计算成本，引入无穷远边界条件是一种非常理想 的处理方法。
• Maxwell 将无穷远边界条件称之为气球边界条件， 这样在绘制求解域范围时就可以不必将求解域绘 制的过于庞大，从而减小可内存和CPU 等计算资 源的开销。
电场
1． 静电场求解器（Electrostatic） 静电场求解器用于分析由直流电压源、永久极化材料、高电 压绝缘体中的电荷/电荷密度、套管、断路器及其它静态装置 所引起的静电场，可分析材料类型包括绝缘体及理想导体， 可自动计算力、转矩、电容及储能等参数。
2． 直流传导电场求解器(DC conduction) 主要用来求解由恒定电压在导体中产生的传导电流及介 电损耗问题。
ANSOFT MAXWELL
软件介绍
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• 西莫电机论坛bbs.simol/ • Simwe仿真论坛forum.simwe/
“在调试磁场仿真的过程中，越来越深刻体 会到，要顺利完成一个仿真，必须具备两方 面的素质，其一是对软件的基本操作要非常 熟悉，比如3D模型创建，手动网格剖分， 后处理损耗和电感参数提取等；另外一个就 是对基础理论的扎实掌握，包括电机的绕组 理论，电磁场有限元理论等。前者只要通过 相关培训或教程的学习，加以必要的练习， 就可以很快上手；后者则绝非一日之功，这 对于开发一种新电机而言，尤其如此。”
ANSYS各种网格划分方法
ANSYS各种网格划分方法1. 三角剖分法（Triangular Meshing）：三角剖分法是一种常见的二维网格划分方法，它将几何体分割成一系列的三角形单元。
在ANSYS中，可以使用自动网格划分工具或手动方式进行三角剖分。
自动网格划分工具会根据所选几何体的复杂程度自动生成合适的三角形网格。
手动方式允许用户通过在几何体上添加特定的边界条件和限制条件来控制网格划分过程。
2. 四边形网格法（Quadrilateral Meshing）：四边形网格法是一种常用的二维网格划分方法，它将几何体划分成一系列的四边形单元。
与三角形网格相比，四边形网格具有更好的数值特性和简化后处理的优势。
在ANSYS中，使用四边形网格法可以通过自动网格划分工具或手动方式进行划分。
3. 符号表示（Sweeping）：符号表示是一种常用的三维网格划分方法，它通过将二维几何体沿特定方向移动来创建三维几何体的网格。
在ANSYS中，可以使用自动网格划分工具或手动方式进行符号表示。
自动网格划分工具可以根据选择的几何体自动生成符号表示网格。
手动方式允许用户根据需要指定几何体的边界条件和限制条件。
4. 细化网格法（Refinement）：细化网格法是一种常用的网格划分方法，它通过逐步细化初步生成的网格来提高网格质量和分析精度。
在ANSYS中，用户可以通过自动细化工具或手动方式进行网格细化。
自动细化工具会根据预设的条件和几何体特征进行自动细化。
手动方式允许用户根据需要在特定区域添加额外的网格细化操作。
5. 自适应网格法（Adaptive Meshing）：自适应网格法是一种根据分析需求自动调整网格划分的方法。
在ANSYS中，自适应网格法可以根据解的梯度、误差估计或特定的物理现象进行自动网格调整。
该方法可以显著减少有限元计算中的计算量，提高求解效率和准确性。
总结：ANSYS提供了多种网格划分方法，包括三角剖分法、四边形网格法、符号表示、细化网格法和自适应网格法。