Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris

ansoft-maxwell-入门及相关基础操作

第四个Remove Material(s)按钮是将选中的材料从材料库中删除；第五个Expert to Library 按钮是将选中的材料导入到用户个人材料库中，方便用户管理其常用的材料库。
3 材料管理（material）
3 材料管理（material）
第一栏：Relative Permeability 是相对磁导率项，默认的是Simple 即各向同性且导磁性能为线性，其默认数值为1。第一项为Simple 即各向同性其线性；第二项为Anisotropic 各向异性，当选择完该项后，会在Relative Permeability 项下出现T(1，1)，T(2，2)和T(3，3)这三个参数描述的是材料的三个轴向；第三个选项是Nonlinear 非线性选项，选择该选项后即可设置材料导磁性能的非线性，即常用的BH 曲线。
当Const 常数等于0 时，描述的是磁力线平行于所给定的边界线，这在仿真理想磁绝缘情况时特别有用。
4 边界条件（Boundary）
2 Symmetry Boundary 对称边界条件如果计算的模型具有对称性，则可以通过使用对称边界条件来达
到缩小计算模型区域的目的。在对称边界条件中又分为奇对称边界条件和偶对称边界条件。
3 材料管理（material）
相对磁导率栏后是Bulk Conductivity 电导率栏，默认的电导率单位是S/m，对于新加入的材料该项数值为2000000。
Composition 项是设置材料构成，默认的是Solid 即是由实心材料组成，鼠标左键单击Solid 字符可以看到在弹出的下拉菜单中还有一个选项是 Lamination 项，该选项所表示的是叠片形式，例如变压器铁心，正是由一片片的硅钢片叠压而成，因为需要添加的新材料是各向异性的硅钢片，所以在材料构成上需要选择Lamination 项。在选择了叠片形式项后，会在Composition 项下新出现两个设置项，第一个是Stacking Factor 叠压系数项，可将其设置为0.97，第二个是Stacking Direction 叠压方向，在此认为Z 轴为叠压方向，所以将其选择为V(3)。整个设置完毕后如下图所示。

Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris

问题分析：两个圆柱形永磁铁，磁化方向为轴向，分析小圆柱磁铁在竖直方向不同位置受到的磁力。

仿真步骤：一、打开Maxwell软件，点击三维建模，保存文件及分析项目二、点击，设置SolutionType静磁场Magnetostatic求解器类型三、设置永磁材料复制永磁材料改参数：下图中的X/Y/Z Component后面有1/-1就表示该向正/反方向就是充磁方向双击添加的材料自动加载到项目材料中四、建模添加材料使用建大小两个圆柱，先选中大圆柱，按住Ctrl再选小圆柱，点击中的Boolean运算中的Subtract做减运算，得到空心圆柱模型小圆柱的Z向高度参数化：选中圆柱模型上右键，选择Properties其中InnerHeight是自命名的高度参数，参数化成功。

五、添加求解域点击，在Value里输入200六、添加求解参数，即磁力选中小圆柱，右键单击/Assign/Force七、求解设定及网格划分网格采用自动划分，不用在Mesh Operations中操作（这个是手动网格划分的选项）在上点击右键/Add Solution Setup，默认点确定即可在绘图区Ctrl+A，在Analysis上单击右键/Apply Mesh Operations，自动网格划分完毕八、参数扫描求解就是InnerHeight的变化过程中ZForce的值右击/Add/Parametric设置计算结果项该界面是默认力ZForce的输出设置，设置完后点击Add Calculation;如果要对Zforce插入其他公式输出，选择进行设置。

所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择View Analysis Results，即可看到仿真结果：九、磁场分布查看：先选中求解域，在上右击/Fields/B/B_Vector（磁长的矢量分布情况）或者Mag_B（大小强弱分布情况）。

Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris教学文稿

问题分析：两个圆柱形永磁铁，磁化方向为轴向，分析小圆柱磁铁在竖直方向不同位置受到的磁力。

仿真步骤：一、打开Maxwell软件，点击三维建模，保存文件及分析项目二、点击，设置SolutionType静磁场Magnetostatic求解器类型三、设置永磁材料复制永磁材料改参数：下图中的X/Y/Z Component后面有1/-1就表示该向正/反方向就是充磁方向双击添加的材料自动加载到项目材料中四、建模添加材料使用建大小两个圆柱，先选中大圆柱，按住Ctrl再选小圆柱，点击中的Boolean运算中的Subtract做减运算，得到空心圆柱模型小圆柱的Z向高度参数化：选中圆柱模型上右键，选择Properties其中InnerHeight是自命名的高度参数，参数化成功。

五、添加求解域点击，在Value里输入200六、添加求解参数，即磁力选中小圆柱，右键单击/Assign/Force七、求解设定及网格划分网格采用自动划分，不用在Mesh Operations中操作（这个是手动网格划分的选项）在上点击右键/Add Solution Setup，默认点确定即可在绘图区Ctrl+A，在Analysis上单击右键/Apply Mesh Operations，自动网格划分完毕八、参数扫描求解就是InnerHeight的变化过程中ZForce的值右击/Add/Parametric设置计算结果项该界面是默认力ZForce的输出设置，设置完后点击Add Calculation;如果要对Zforce插入其他公式输出，选择进行设置。

所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择View Analysis Results，即可看到仿真结果：九、磁场分布查看：先选中求解域，在上右击/Fields/B/B_Vector（磁长的矢量分布情况）或者Mag_B（大小强弱分布情况）。

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

Ansoft Maxwell 3D圆柱永磁体受力仿真——Harris

精心整理问题分析：
两个圆柱形永磁铁，磁化方向为轴向，分析小圆柱磁铁在竖直方向不同位置受到的磁力。

仿真步骤：
一、
二、点击，设置
三、
四、
使用建大小两个圆柱，先选中大圆柱，按住
中的
选中圆柱模型上右键，选择Properties
其中InnerHeight是自命名的高度参数，参数化成功。

五、添加求解域
点击，在Value里输入200
六、添加求解参数，即磁力
选中小圆柱，右键单击/Assign/Force
七、求解设定及网格划分
在
八、
就是
右击/Add/Parametric
设置计算结果项
该界面是默认力ZForce的输出设置，设置完后点击AddCalculation;如果要对Zforce 插入其他公式输出，选择
进行设置。

所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择ViewAnalysisResults，即可看到仿真结果：
九、
在
或者（大小强弱分布情况）。

2019-ANSOFTMAXWELL教学-文档资料

• 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
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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“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。”

Maxwell仿真圆柱体电容器

电磁场与电磁波项目训练报告仿真求解圆柱形电容器班级：通信13-2姓名：闫振宇学号：1306030222指导教师：徐维老师成绩：电子与信息工程学院信息与通信工程系项目训练一仿真求解圆柱形电容器1. 实验目的和任务1）掌握用ANSYS Maxwell 软件仿真的方法；2）学会利用所学的场强，电容，电场的知识来解决实际现实生活中的计算问题； 3）利用ANSYS Maxwell 软件仿真圆柱形电容器。

2. 实验内容1）学习ANSYS Maxwel 有限元分析步骤； 2）学习ANSYS Maxwel 的基本仿真操作步骤；3）对圆柱体电容器计算理论值和实验的仿真值进行比较，得出结论。

3. 实验原理电容是反映电容器储存的电荷本领大小的物理量。

电容的定义：一个电容器所带的电量Q 总与其电压U 成正比，比值Q/U 叫电容器的电容。

以C 表示电容器的电容，就有公式：UQ C =电容器的电容决定于电容器的本身结构，即是导体的形状，尺寸以及两导体间电介质的种类等，而与它所带的电量无关。

首先，假设本题中圆柱体电容器的内部的外表面，和外部的内表面分别带有绝对值为Q 的电量。

两筒之间充满相对介电常数为εr的电介质。

（m F o 1012855313.8-⨯=ε）所以，在距离轴线为r 的电介质中一点的电场强度E 为：rLQ E r εεπ 2=对E 进行积分，可以得到两圆筒间的电压U 为：dr RR rL Q U r ⎰=212εεπ =R R L Q r 12ln 2εεπ就得到了圆柱形电容器的电容C 为：)ln(212RR L C r εεπ =根据以上的公式，代入R2=1mm，R1=0.6mm，得出长度为L的圆柱形电容器电容。

4.实验步骤4.1建模（Model）Project > Insert Maxwell 3D DesignFile>Save as>Cylinder Cap（工程命名为“Cylinder yuanzhuti”）选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）4.1.1 创建中心圆柱体导体Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0.6, 0.6,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder5Assign Material > copper（设置材料为铜copper）4.1.2 创建内外导体间空心圆柱体介质Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0.6, 0.6,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder1Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（1.0, 1.0,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder2选中Cylinder1，Cylinder2Modeler （建模）> Boolean > Sbutract（分离）Blank park：Cylinder1Tool park：Cylinder2将分离出的圆环命名为Cylinder4Assign Material > air（设置材料为空气air）4.1.3创建外空心圆柱体导体Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（1.0, 1.0,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder6Draw > Cylinder（中心圆柱体导体）圆柱中心点坐标：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（1.2, 1.2,0）mm坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）mm将圆柱体重命名为Cylinder7选中Cylinder6，Cylinder7Modeler （建模）> Boolean > Sbutract（分离）Blank park：Cylinder6Tool park：Cylinder7将分离出的圆环命名为Cylinder3Assign Material > copper（设置材料为铜copper）图4-1仿真效果图4.2设置参数4.2.1 创建设置区域（Region）Draw > RegionPadding Percentage：0%减少电场的边缘效应（fringing effect）4.2.2 设置激励电压（Assign Excitation）选择Cylinder5Maxwell 3D> Excitations > Assign>V oltage > 5V选择Cylinder3Maxwell 3D> Excitations > Assign >V oltage > 0V4.2.3设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D > Analysis Setup > Add Solution Setup最大迭代次数：Maximum number of passes > 10误差要求：Percent Error > 1%每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass > 50%4.2.4 设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D > Parameters > Assign > Matrix > V oltage1, V oltage2 4.2.5 check，计算，查看结果Maxwell 3D > Reselts > Solution data > Matrix图4-2仿真数据图5.数据取电容器长度L为：2mm，则有：电容值：C=0.2186pF表 4-1 理论及仿真的值理论计算值仿真输出值0.2179pF 0.2186pF图5-1电压分布图6.心得体会通过利用Maxwell软件制作圆柱体电容器，了解了Maxwell软件的基本操作和使用方法。

AnsoftMaxwell3D圆柱永磁体受力仿真——Harris

AnsoftMaxwell3D圆柱永磁体受⼒仿真——Harris 问题分析：两个圆柱形永磁铁，磁化⽅向为轴向，分析⼩圆柱磁铁在竖直⽅向不同位置受到的磁⼒。

仿真步骤：⼀、打开Maxwell软件，点击三维建模，保存⽂件及分析项⽬⼆、点击，设置Solution Type静磁场Magnetostatic求解器类型三、设置永磁材料复制永磁材料改参数：下图中的X/Y/Z Component后⾯有1/-1就表⽰该向正/反⽅向就是充磁⽅向双击添加的材料⾃动加载到项⽬材料中四、建模添加材料使⽤建⼤⼩两个圆柱，先选中⼤圆柱，按住Ctrl再选⼩圆柱，点击中的Boolean运算中的Subtract做减运算，得到空⼼圆柱模型⼩圆柱的Z向⾼度参数化：选中圆柱模型上右键，选择Properties其中InnerHeight是⾃命名的⾼度参数，参数化成功。

五、添加求解域点击，在Value⾥输⼊200六、添加求解参数，即磁⼒选中⼩圆柱，右键单击/Assign/Force七、求解设定及⽹格划分⽹格采⽤⾃动划分，不⽤在Mesh Operations中操作（这个是⼿动⽹格划分的选项）在上点击右键/Add Solution Setup，默认点确定即可在绘图区Ctrl+A，在Analysis上单击右键/Apply Mesh Operations，⾃动⽹格划分完毕⼋、参数扫描求解就是InnerHeight的变化过程中ZForce的值右击/Add/Parametric设置计算结果项该界⾯是默认⼒ZForce的输出设置，设置完后点击Add Calculation;如果要对Zforce插⼊其他公式输出，选择进⾏设置。

所有都设置好以后，在上单击右键，选择Analyze，等待仿真计算结束后还是上图位置处右击，选择View Analysis Results，即可看到仿真结果：九、磁场分布查看：先选中求解域，在上右击/Fields/B/B_Vector（磁长的⽮量分布情况）或者Mag_B（⼤⼩强弱分布情况）。