ansys铝板涡流场仿真
基于ANSYS的电涡流测厚仿真分析
基于ANSYS的电涡流测厚仿真分析肖俊生;杜志杰;王志春【摘要】使用ANSYS有限元分析软件对多层导电结构测厚传感器进行仿真分析,建立了较理想的物理模型以及激励频率、激励电压、线圈匝数等各项参数.在频率、线圈匝数等参数确定的情况下,通过改变被测体厚度仿真出被测体厚度与激励电压的对应关系,确定了拟合公式,通过仪器验证了仿真的正确性.%Using the finite element analysis software of ANSYS to simulation analyze on multi-layered conductive structure thickness measurement sensor.Simulate better physical model in theory as well as excitation frequency, excitation parameters such as voltage,coil number of turns.In cases of parameters such as frequency,coil number of turns are determined,by changing thickness,simulate corresponding relation of the measured body thickness and excitation voltage,fitting out corresponding formula,verify the correctness of the simulation through instrument.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】4页(P26-28,31)【关键词】电涡流传感器;厚度测量;仿真【作者】肖俊生;杜志杰;王志春【作者单位】内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学信息工程学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言电涡流检测方法是以电磁感应为基础的检测方法，原则上，所有与电磁感应有关的影响因素均可作为电涡流检测方法的检测对象[1]，如试件的缺陷检测、厚度检测、金属表面的油漆或覆盖绝缘层的厚度。
ANSYSMaxwell涡流场分析案例教学内容
ANSYSMaxwell涡流场分析案例教学内容ANSYS Maxwell涡流场分析案例教学内容一、引言ANSYS Maxwell是一款强大的电磁场仿真软件，可以用于分析和优化电磁设备和系统。
其中，涡流场分析是ANSYS Maxwell的重要功能之一。
本文将介绍涡流场分析的基本原理和案例教学内容，帮助读者快速上手并应用于实际工程问题。
二、涡流场分析原理涡流场分析是基于安培定律和法拉第电磁感应定律的原理。
当导体材料中有变化的磁场时，会产生涡流。
涡流产生的原因是磁场的变化导致电场的环路产生感应电动势，从而在导体内部产生电流。
涡流的大小和分布情况与导体材料的电导率、磁场的强度和频率等因素有关。
三、案例教学内容1. 涡流场分析基本操作- 创建新项目：打开ANSYS Maxwell软件，点击“File”菜单，选择“New”，输入项目名称并选择适当的单位。
- 导入几何模型：点击“Geometry”菜单，选择“Import”选项，导入需要分析的几何模型文件。
- 定义材料属性：点击“Materials”菜单，选择“Assign/Edit Material Properties”选项，根据实际情况定义导体材料的电导率等属性。
- 设置边界条件：点击“Boundaries”菜单，选择“Assign/Edit Boundary Conditions”选项，设置边界条件，如电流密度、电压等。
- 运行仿真：点击“Solve”菜单，选择“Analyze All”选项，运行涡流场仿真。
- 结果分析：点击“Results”菜单，选择“Postprocess”选项，查看涡流场分布情况，并进行必要的后处理操作。
2. 涡流场分析案例- 案例1：电感器的涡流损耗分析在电感器中，由于交流电磁场的存在，会产生涡流损耗。
通过对电感器进行涡流场分析，可以评估涡流损耗的大小，并优化电感器的设计。
具体步骤如下：1) 导入电感器的几何模型。
2) 定义电感器材料的电导率。
ANSYSMawell涡流场分析案例
ANSYSMawell涡流场分析案例ANSYS Maxwell涡流场分析案例涡流场分析是一种基于涡流现象的电磁场分析方法，广泛应用于电机、变压器、感应加热等电磁设备的设计和优化。
ANSYS Maxwell是一款专业的电磁场仿真软件，可以进行涡流场分析，并提供详尽的结果和分析。
在本案例中，我们将以一个感应加热器为例，介绍如何使用ANSYS Maxwell进行涡流场分析。
感应加热器是一种利用涡流效应产生热能的设备，常用于金属加热、热处理等工业领域。
首先，我们需要准备感应加热器的几何模型。
可以使用ANSYS DesignModeler或其他CAD软件进行建模，将感应加热器的几何形状导入到ANSYS Maxwell中。
接下来，我们需要定义材料属性。
对于感应加热器的材料，一般使用导电材料，如铜、铝等。
在ANSYS Maxwell中，我们可以选择相应的材料模型，并设置导电率等材料属性。
然后，我们需要定义边界条件。
感应加热器一般通过电感耦合的方式产生涡流，因此我们需要在感应加热器表面施加电压或电流边界条件。
根据具体情况，我们可以选择施加恒定电压或电流，或者根据时间变化的电压或电流进行仿真。
完成几何模型、材料属性和边界条件的定义后，我们可以进行网格划分。
ANSYS Maxwell提供了多种网格划分算法和参数设置，可以根据需要选择合适的方法进行网格划分。
通常情况下，我们需要保证网格密度足够细致，以准确捕捉涡流场的细节。
完成网格划分后，我们可以进行涡流场分析。
在ANSYS Maxwell中，我们可以选择求解器和设置求解参数。
对于涡流场分析，一般使用瞬态求解器，并设置仿真的时间范围和时间步长。
根据具体情况，我们还可以设置其他参数，如收敛准则、求解精度等。
在求解过程中，ANSYS Maxwell将根据边界条件和材料属性计算涡流场的分布。
求解完成后，我们可以查看涡流场的结果，并进行后处理分析。
ANSYS Maxwell提供了丰富的后处理工具，可以绘制涡流场的矢量图、剖面图、动画等，以及计算涡流场的各种参数，如涡流损耗、感应电流等。
基于ANSYS的大型预焙铝电解槽电磁场的仿真
基于ANSYS的大型预焙铝电解槽电磁场的仿真摘要：本文基于ANSYS软件，对大型预焙铝电解槽的电磁场进行了仿真研究。
通过建立电磁场模型，分析电流密度分布及磁场强度分布，得出了电解槽内部的电磁场特性。
仿真结果表明，在预焙铝电解槽中，电流密度分布均匀，磁场强度满足工艺要求，验证了电解槽设计的合理性和优越性。
1. 引言大型预焙铝电解槽是铝电解工艺中的关键设备之一，其电磁场特性对铝生产过程中的电流分布和磁场分布起着重要作用。
通过仿真研究预焙铝电解槽的电磁场，可以为优化电解槽设计、提高铝生产效率提供参考。
2. 方法本文选用ANSYS软件进行电磁场仿真研究。
首先，根据预焙铝电解槽的几何尺寸和结构特点，建立了电磁场模型。
然后，设置电流密度和电解液的初始条件，进行仿真计算。
最后，分析仿真结果，得出电磁场的特性。
3. 结果与分析通过仿真计算，得出了预焙铝电解槽内部的电流密度分布和磁场强度分布。
结果显示，在电解槽内部，电流密度分布均匀，符合工艺要求，能够保证铝的均匀沉积。
同时，磁场强度分布也满足设计要求，对铝的分布和运动起到良好的引导作用。
4. 结论本文基于ANSYS软件对大型预焙铝电解槽的电磁场进行了仿真研究。
通过建立电磁场模型，分析电流密度分布和磁场强度分布，得出了电解槽内部的电磁场特性。
仿真结果表明，在预焙铝电解槽中，电流密度分布均匀，磁场强度满足工艺要求，验证了电解槽设计的合理性和优越性。
5. 展望本文只对大型预焙铝电解槽的电磁场进行了仿真研究，未考虑其他因素对电磁场的影响。
今后的研究可以进一步探究电磁场与温度、流体力学等因素的耦合效应，以更全面地了解电解槽的特性。
同时，还可以通过实际操作和实验验证，进一步优化电解槽设计，提高铝生产效率。
关键词：ANSYS；大型预焙铝电解槽；电磁场；仿真研究。
铝电解槽流场仿真计算步骤
铝电解槽流场仿真计算步骤前期工作：1、从ansys中导出前处理流场模型，具体步骤：Main Menu->Preprocessor->Archive->Write 生成了wholecell2.cdb2、编写代码，把ansys中的电磁场计算结果导出为E_f_mid_dianjiezhi.txt和E_f_mid_lvye.txt，电解质单元数为13860，铝液层的单元数为47320。
具体操作步骤：（1）在ansys中打开.dbb(2010-6-30(0).dbb)或是读入.rst；（2）输入apdl语言编写的具体实施命令（导出emt.txt）3、C语言宏编写，电解质和铝液的电磁力添加C文档，分别是dianjiezhi_fx.c，dianjiezhi_fy.c，dianjiezhi_fz.c ；lvye_fx.c，lvye_fx.c，lvye_fx.c当前工作：步骤1利用fluent求解器的选择本题为三维问题，单击run启动求解器。
步骤2 网格相关操作（1）读入网格：File->Import->ANSYS->Input file : wholecell2.cdb（2）检查网格（3）设置计算区域的大小（4）显示网格: 编号为1为铝液层编号为2 为电解质层步骤3 选择计算模型（1）定义求解器Define->Model->Solver（2）设置VOF模型操作：Define->Models->Multipahse..选择V olume of fluid，相设置为2，勾选Implict body force，点击OK。
(3)设置标准的k-e湍流模型Define->Models->Viscous…选择K-Epsilon【2eqn】;其他项保留默认设置。
同时对近壁面区域按标准壁函数Standard Wall Functions处理。
(4)设置流体材料及属性Define->Material…定义电解质：electrolyte其密度：constant 2100Viscosity：constant 0.004定义铝液：aluminium-liquid其密度：constant 2300Viscosity：constant 0.0006点击Change/Creat按钮，系统会弹出一个问题对话框，询问是否覆盖掉electrolyte。
ANSYS Multiphysics
多物理场应用实例
● 流固耦合 - 汽车燃料喷射器，控制阀，风扇，水泵 - 航天飞机机身及推进系统及其部件 - 可变形流动控制设备，生物医学上血流的导管及阀门，人造心脏瓣膜 - 纸处理应用，一次性尿布制造过程 - 喷墨打印机系统
● 压电应用 - 换能器，应变计，传感器 - 麦克风系统 - 喷墨打印机驱动系统
在ANSYS Workbench平台中对短路母排进行热电耦 合分析（短路电流为150kA，材料属性与温度有关）
射频MEMS开关静电－流体－结构耦合分析模型 （左上角为压力分布，右上角为位移分布）
ANSYS多场求解器
A N S Y S多物理场求解器使用户能够使用自动序列耦合的方式将多个单 物理场模型耦合到统一的仿真分析中，从而求解多物理场的问题。在求解过 程中的每个时间点，每个物理学科顺序求解并得到学科之间的收敛结果，学 科之间的这种反复耦合迭代，ANSYS多物理场求解器使用起来都很简便。 ANSYS多物理场耦合基于用户化定制进程间的数据交换流程，不需要第三 方耦合软件。
ANSYS多物理场方案带来的好处
ANSYS公司处于CAE行业领先地位，其多物理场解决方案能够提供高 保真仿真，足以应付今日苛刻的产品开发要求所带来的挑战。ANSYS多物 理场解决方案提供了软件产品组合，能够为分析人员提供强大的仿真工具来 解决业界最棘手的多物理场问题。多物理场带来更多好处： ● 针对所有物理场的高品质求解器：结构力学、热传递、流体流动和电磁场 ● 统一的多物理场仿真环境 ● 全参数化分析，支持针对多物理场的实验设计、鲁棒设计和优化设计 ● 快速高效、符合现实
ANSYS Multiphysics 0101
ANSYS Multiphysics
多物理场仿真——ANSYS独特技术
ansys仿真分析演示版.ppt
.,
21
定义属性
为实体模型指定属性
1. 定义所有需要的单元类型,材料, 和实常数.
2. 然后使用 网格工具的“单元属 性” 菜单条 (Preprocessor > MeshTool):
对所有体 (或所有面)一次划分网格, 将优越于 一个一个地划分网格.
通过指定所有线上的份数决定单元的尺寸, 它可以考虑线的曲率, 孔洞的接近程度和其 它特征, 以及单元阶次.
智能网格划分的缺省设置是关闭, 在自由网 格划分时建议采用智能网格划分。 它对映射 网格划分没有影响
.,
28
网格划分
线尺寸
.,
26
网格控制
如图所示为采用不同的 SmartSize尺寸级别进行四 面体网格划分的例子.
高级的 SmartSize 控制, 如 网格扩张和过渡系数在 SMRT 命令 (或
Preprocessor > -Meshing-
Size Cntrls > -SmartSizeAdv Opts...)中提供.
4、梁单元建模时应当注意 截面方位 节点偏移 自由度的
释放
合
5、板单元：不同厚度的板单元连接时注意网格的结点是否重
定义单元属性
在实体模型上直接指定属性将不考虑缺省属性
模型中有多种单元类型， 实常数 和 材料 , 就必须确保给每一
种单元指定了合适的属性
划分网格前对每一个类型的实体分配正确的单元属性
部分常用单元
选择实体类型后按 SET键.
ANSYS Maxwell涡流场分析案例要点
1.训练后处理应用实例本例中的涡流模型由一个电导率σ=106S/m，长度为100mm，横截面积为10×10m2的导体组成，导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位ф=120°的电流。
（一）启动M a x w e l l并建立电磁分析1.在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS Electromagnetic→ANSYSElectromagnetic Suite 15.0→Windows 64-bit→Maxwell 3D命令，进入Maxwell软件界面。
2.选择菜单栏中File→Save命令，将文件保存名为“training_post”3.选择菜单栏中Maxwell 3D→Solution Type命令，弹出Solution Type对话框(1)Magnetic:eddy current(2)单击OK按钮4.依次单击Modeler→Units选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成m，并单击OK按钮。
（二）建立模型和设置材料1.依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-5，Y=-5，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=5，dY=5，dZ=100，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：Cond材料设置为conductor，电导率为σ=106S/m2.依次单击Draw→Box命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=55，Y=-10，Z=40，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=75，dY=10，dZ=60，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：aux3.依次单击Draw→Line在绝对坐标栏中输入：X=0，Y=0，Z=0，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=0，dY=0，dZ=100，并按Enter键名为line14.依次单击Draw→line，生成长方形对角点为（20，-20，50）、（-20，20，50），名为line25.依次单击Draw→Region命令，弹出Region对话框，设置如下:Pad individual directions（-100，-100，0）、（200，100，100）（三）指定边界条件和源1.按f键，选择Cond与Region的交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：(1)Name:SourceIn(2)Value:100 A(3)Palse:120deg(4)单击OK按钮2.按f键，选择Cond与Region的另一个交界面，依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→Assign→Current命令，在对话框中填入以下内容：(5)Name:SourceIn(6)Value:100 A(7)Palse:120deg(8) 按Swap Direction 和OK 按钮（四）设置求解规则1. 依次选择菜单栏中Maxwell 3D →Analysis Setup →Add Solution Setup 命令，此时弹出Solution Setup 对话框，在对话框中设置：(1) Maximum number of passes （最大迭代次数）：10(2) Percent Error （误差要求）:1%(3) Refinement per Pass （每次迭代加密剖分单元比例）:50%(4) Solver>Adaptive Frequency （设置激励源的频率）:60Hz(5) 单击OK 按钮。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
/PREP7
!材料类型
ET,1,PLANE53,0,,1 !空气
ET,2,PLANE53,2,,0 !线圈
ET,3,PLANE53,4,,0 !铝板
EMUNIT,MKS
!线圈实常数
N=400
PI=4*ATAN(1)
R,1,1.35E-5,N,,1,1 !
R,2,1.04E-4,,,1
MP,MURX,1,1 !空气材料特性
MP,MURX,2,1 !线圈材料特性
MP,RSVX,2,3.04878E-8
MP,MURX,3,1 !铝板材料特性
MP,RSVX,3,2.7E-7
/PNUM,AREA,1
/PNUM,AREA,1
!建模
l=0.0005
Rin=0.0001
Rout=0.0016
RECTNG,0,0.012,0,0.009 !铝板RECTNG,Rin+12*l,Rout+12*l,0.0095,0.0185 !线圈RECTNG,0.00605,0.00606,0.005,0.009 !裂纹PCIRC,0,0.13,0,90 !空气
AOVLAP,ALL
APLOT,ALL
!属性赋予
ASEL,S,AREA,,2 !线圈
AATT,2,1,2
ASUM
!*GET,A,AREA,,AREA ! AREA OF COIL CROSS-SECTION !*GET,COIL_XC,AREA,1,CENT,X !获取线圈的质心
!CF=2*PI*(3.04878E-8)*COIL_XC*N**2/A*2 ASEL,S,AREA,,6 !铝板
AATT,3,2,3
ASEL,S,AREA,,7 !空气
AATT,1,,1
ASEL,S,AREA,,5 !裂纹
AATT,1,,1
/PNUM,MAT,1
ALLSEL,ALL
!CSYS,1
!网格划分
MSHKEY,1 !线圈线划分ESIZE,,18
LESIZE,6,,,18
MSHKEY,1
ESIZE,,2
LESIZE,7,,,2
AMESH,2
MSHKEY,1 !裂缝线划分ESIZE,,1
LESIZE,9,,,1
MSHKEY,1
ESIZE,,8
LESIZE,10,,,8
AMESH,5
ASEL,S,AREA,,6 !铝板自由网格划分LCCAT,12,17
LCCAT,9,12
LCCAT,9,10
LCCAT,10,16
MSHKEY,0
MSHAPE,1,2D
AMESH,6
ASEL,S,AREA,,7
!SMRTSIZE,0.5
MSHKEY,0
ESIZE,,121
LESIZE,19,,,61
MSHKEY,0
ESIZE,,118
LESIZE,18,,,59
MSHKEY,0
ESIZE,,150
LESIZE,13,,,75
MSHAPE,1,2D
AMESH,7 !空气区网格划分
!创建电路部分
N,100001,0.2,0,0
N,100002,0.2,0.1,0
N,100003,0.2,0.05,0
N,100004,0.14,0,0
N,100005,0.14,0.1,0
AV=12
ET,4,CIRCU124,4,0 !独立电压源TYPE,4
REAL,4
MAT,2
R,4,AV
E,100002,100001,100003
ET,5,CIRCU124,0,0 !电阻
TYPE,5
REAL,5
MAT,2
R,5,2E-8
E,100002,100005
ET,6,CIRCU124,5,0 !线圈
TYPE,6
REAL,1
MAT,2
E,100005,100004,88
/SOLU
ANTYP,HARM
HARFRQ,1000
!施加0电位边界条件
D,100001,VOLT,0
D,100004,VOLT,0
!耦合边界条件
ALLSEL,ALL !耦合线圈
ASEL,S,AREA,,2
NSLA,S,1
CP,1,CURR,ALL
!*GET,ELM,ELEM,,NUM,MIN ! GET AN ELEMENT NUMBER IN THE COIL REGION !CP,2,EMF,ALL
ALLSEL,ALL !耦合铝板
ASEL,S,AREA,,6
ESEL,S,MAT,,3
NSLA,S,1
CP,3,CURR,ALL
CP,4,EMF,ALL
ALLSEL,ALL
EPLOT,ALL
DL,13,7,AZ,0
DL,18,7,AZ,0
DL,19,7,AZ,0
DL,4,6,AZ,0
DL,1,6,AZ,0
SOLVE
!/CLEAR
!*DO,l,0,0.012
!l=l+0.001
!*enddo
/POST1
SET,1 !读入第一步结果实部
PLF2D !绘制二维实部磁力线图
*GET,CURREAL,NODE,88,CURR
SET,1,,,1 !读入第一步结果
PLF2D !绘制二维虚部磁力线图
*GET,CURIMAG,NODE,88,CURR
*SET,Vreal,12*SQRT(2)
Imag=CURREAL**2+CURIMAG**2
Zimag=Vreal*CURIMAG/Imag !阻抗虚部
Zreal=Vreal*CURREAL/Imag !阻抗实部
!ESEL,S,MAT,,3 !被测对象铝板
!ETABLE,JE,NMISC,6 !存储涡流密度
!PLETAB,JE,1 !显示被测对象中的涡流密度（云图）!PRETAB,JE !列表显示被测对象中的涡流密度ESEL,S,MAT,,2 !选择探头
ETABLE,RES,NMISC,8 !存储探头线圈各单元直流电阻ETABLE,IND,NMISC,9 !存储探头线圈各单元电感SSUM
*GET,CRES,SSUM,,ITEM,RES ! GET COIL RESISTANCE
*GET,CIND,SSUM,,ITEM,IND ! GET COIL INDUCTANCE CRES=CRES ! COIL RESISTANCE
CIND=CIND ! COIL INDUCTANCE
!*GET,NCUR,NODE,N2,CURR ! GET SOLUTION CURRENT
!ESEL,ALL
!FINISH
*enddo
*GET,Zimag,ESEL,2，
*GET,Zreal,ESEL,2，。