Ansys Workbench 磁场分析教程2
January 24, 2010 © 2010 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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Inventory #002406 1-16
Module 2
Electromagnetic Analysis
Create a cylindrical coordinate system to define direction of current flow fl in i coil il Pick the coil outer cylindrical surface
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Inventory #002406 1-4
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Inventory #002406 1-9
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Now might be a good time to save the project as “coil coil_steel_core steel core”
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
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Module 2
Click Generate to create the enclosure
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
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Inventory #002406 1-6
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Verify
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Inventory #002406 1-15
Electromagnetic Analysis
You can verify that Copper Alloy has been added by choosing Engineering D t and Data di inspecting ti the th its it contents t t in the Outline Schematic. You should now click “Refresh Project” at the top of the Project Page to load the data into Mechanical.
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
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Inventory #002406 1-14
Module 2
EMAG Tutorial 2: Coil wrapped on steel core
Tutorial 2
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Inventory #003000 1-1
Click Cli k generate t to t create t the geometry in DM
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Inventory #002406 1-7
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
S Start W Workbench kb h
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Design Modeler GUI
Double Click on Geometry to bring up Design Modeler GUI
Choose “Meter”
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Inventory #002406 1-10
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Module 2
Electromagnetic Analysis
• Objectives: Model a cylindrical coil wrapped on a steel core
– Create enclosure in which coil is immersed – Define uniform current density in coil – Define flux parallel boundary conditions on exterior surface of enclosure – Calculate and post process B field – Plot Pl t variation i ti of f B field fi ld along length of a path – Use surface integral to evaluate net flux passing inside coil
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
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Inventory #002406 1-8
Module 2
Electromagnect Page, drag a Magnetostatic Analysis System onto Geometry
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Inventory #002406 1-3
Module 2
Electromagnetic Analysis The Project Page Loads…
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Hold down LMB to drag Geometry into the Project Schematic
Inventory #002406 1-11
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Double click on Model
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Inventory #002406 1-5
Module 2
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
Import bus bar geometry from coil_steel_core.stp
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Inventory #002406 1-13
Module 2
Electromagnetic Analysis
Return to the Project Page and open Engineering Data. From General M t i l d Materials data t source, you can add dd Copper Alloy to the list of materials to be included in Engineering Data (the material properties that are available in the model).
Ansys WorkBench 电磁场培训教程
Emag LF电场培训手册
第1章
电场场域边界条件
• 第一类边界条件（强制边界条件）
– 已知边界上的电位值
电力线垂直于电位线
S f
const
电位线平行于边界 电力线垂直于边界 电通量垂直边界
• 第二类边界条件
– 已知边界上电位的法向导数
n
f
S
E1t E2t
电场切向连续 自然满足 电通量平行边界
等 价
b1 b2
a2
E1t E2t
电位的衔接条件
1 2 1 2 n n
分界面两侧电位连续
1- 14
Emag LF电场培训手册
第1章
电磁场边值问题
唯一性定理
电磁场求解方程
电 磁 场 问 题 求 解
场域边界条件
边界条件
分界面衔接条件
初始条件
求解电磁场问题即为求解满足给定条件的电磁场方程的问题 （电磁场边值问题）
D
D dS q
S
穿过某闭合面的总电通量等于 该面所包围的总电荷量
1- 8
Emag LF电场培训手册
第1章
静电场方程
E 0
D
本构方程
E
D E
2
泊松方程 静电场分析中只使用媒质的介电常数，即只考虑电容效应 导体视为理想导体，为等电位体 静电场为无旋场，电力线不能形成闭合曲线 静电场为有源场，场源为电荷
E B t
1- 7
Emag LF电场培训手册
第1章
Maxwell方程组
• 磁通连续性原理
– 表明磁场是无源场 – 磁力线总是闭合曲线
ANSYS有限元分析二维静态磁场仿真
一周总结报告一、ANSYS学习1.学习情况目前正在边看书籍边操作ANSYS系统，已经了解了ANSYS的基本操作系统以及ANSYS 分析过程的三大步骤，大体上知道了它的整个工作流程。
目前正在深入仔细学习每一部分的详细步骤。
现在已经学习了ANSYS有限元分析典型步骤、实体建模、网格划分、创建有限元模型，正在学习加载和求解这一部分。
2.理论知识(1)网格划分与创建有限元模型①设置单元属性，包括：a.选择单元类型，如常用的有PLANE13，PLANE53，INFIN110；在Element Type中设置；b.设置单元实常数，如线圈横截面积、匝数、导体填充率等；c.设置材料属性，如泊松比、材料密等；d.设置单元坐标系统。
②通过网格划分工具设置网格划分属性包括：a.单元属性分配设置，作用是在网格划分之前为模型(包括实体和有限元模型)分配单元属性；b.智能划分水平控制；c.单元尺寸控制，单元尺寸的意思是单元边的长度。
③实体模型的划分ANSYS有两种方式对实体模型进行网格划分。
映射网格划分方法：最大特点就是必须使用形状规则的单元划分，对于面对象必须使用三角形单元或四边形单元，对于体对象只能使用六面体单元。
故划分对象必须形状规则。
不是任何形状的对象都能用映射网格划分。
(2)加载和求解有限元分析的主要目的在于得到系统在特定激励源和边界条件下的响应。
这些激励以及边界条件统称为载荷。
所以载荷包括边界条件和激励。
磁场分析中常见的载荷有磁势、磁通量边界条件等。
载荷分为六大类：自由度约束、集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。
关于载荷步、子步和平衡迭代，通过阅读理论知识自己的理解的总结是：一个实际加载过程需要多次施加不同的载荷才能满足要求，每一步就称为一个载荷步。
一个载荷步可以通过多个子步来逐渐施加。
平衡迭代用于考虑收敛的非线性分析。
3.仿真结果目前按照教程的步骤将ANSYS从建立模型到加载求解再到查看后处理器的整个分析过程大体操作了一遍，目的就是先通过简单模型熟练ANSYS的整体操作。
ANSYS磁场分析
• 选择 OK
2.1-19
力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元
把衔铁定义为一个单元组件
– 选择衔铁平面
Utility>select>entities
用此选项在图形窗 口中选择平面
再次选择用APPLY
• 选择 OK
2.1-32
2.1-8
定义材料 • P定义re空p气ro为c1e号s材s料o(rM>UMRXa=te1)rial Props>Isotropic
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
2.1-9
定义衔铁为2号材料
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）
2.1-10
• 选择 OK
2.1-22
• 加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force
• 选择OK
• 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 – Maxwell’s 应力张量 – 虚功
即使只有一种选项，也要 鼠标选取
2.1-23
以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变 换为国际单位制（变换系数 =.001)
• 选择 Apply
2.1-12
建立空气面
• 选择 OK 衔铁
到了这步，建立了全部 平面，但它们还没有连 接起来.
线圈
2.1-13
用Overlap迫使全部平面连接在一起
Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
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。
Ansys电磁铁分析2D学习笔记
Ansys电磁铁分析学习笔记一、2D静态部分尽管所有的物体和结构都是三维的，但当它提供平面的或轴对称的模型时，你应该经常考虑使用二维模型来进行分析。
二维单元使用磁矢势公式（MVP），换句话说，常常使用矢势自由度解决问题，因为是二维单元，所以每个节点仅仅有一个自由度：AZ（Z方向的矢势）。
一个额外的自由度，电流（CURR），常用于电流源线圈区域，使得更容易添加电压负载。
使用PLANE13和PLANE53单元描述你的模型内部导磁区域，电流导体区域，永磁区域，空气区域等等。
建一个极大范围的模型时，可以使用INFIN9单元（平面分析），INFIN110（平面分析或轴对称分析，推荐），在电磁领域里，这两个单元可以建模远场衰减区域，并且相对于假设的‘通量平行’和‘通量垂直’边界条件，能给出更好的效果。
许多单元类型都有额外的KEYOPTS选项，可以调整单元的特性。
缺省的单位系统是MKS，在MKS单位里，真空的磁导率u0=4paix10-7。
你的模型可能有许多材料区域：空气区域、磁导材料区域、电流区域等等，每个材料区域当然都需要材料属性。
铜的属性呈现基于温度的电阻率和相对磁导率。
所有其他的属性是B-H曲线。
定义区域材料属性和实常量的额外指导你的2D模型中能够存在的区域：1、空气区域指定relative permeability （相对磁导率）为1.0，可用如下命令MP,MURX2、导磁材料区域对于线性磁材料，你能够指定relative permeability （相对磁导率），用MP命令指定MURX、MURY、MURZ。
为了指定一个线性等方性材料，你仅仅需要指定MURX。
MURY、MURZ缺省为MURX。
真空（free-space）的磁导率MURZO被EMUNIT命令设置。
忽略永磁的效果，对于线性磁材料，B-H公式是：Bx = (MUZRO) (MURX) (Hx)By = (MUZRO) (MURY) (Hy)Bz = (MUZRO) (MURZ) (Hz)对于非线性软磁材料，指定一条B-H曲线（可以从ANSYS材料库读取或自己创建）。
Ansys Workbench 电磁阀磁场分析
本人最近由于在做电控燃油系统，正好牵扯到电磁铁的计算，看到好像没人发过，于是就自己发一个，参考了AWB帮助的例题，有什么不正之处还请大家指教首先在proe里建模，绿色是电磁铁，黄色是衔铁，两者间隙0.28mm。
然后直接进入DM建立线圈和周围的空气。
在DM中新建一个plane，为的是建立线圈。
这个plane是基于图中绿色平面沿Z轴负向的一个距离-5.5mm
在新建的plane上新建草绘，然后画一个直径16.5的圆，这个圆是线圈中心尺寸
下一步从这个圆生成线体，如下图，选择草绘的圆
然后选择生成的线体，在winding body？中选择yes
设置线圈的圈数为71,高度为9mm,宽度为1mm，然后选view--cross section solid，隐藏衔铁和电磁铁可以看到线圈
建立包围的空气
形状选圆形，在merge parts?中选y es
保存DM文件，进入simulation，选择衔铁和电磁铁的材料为纯铁
网格划分在这里就不讲了，画完网格后，在new analy sis中选magnetostatic
然后选择conductor winding body，输入线圈中的电流值为12000mA
插入磁通平行条件，在磁通平行的scoping method 选name selection,在name selection中选open domain
在solve中插入磁感应强度和衔铁所受的磁力，在directional force/torque 的geometry中选择衔铁，方向选择Z轴
最后右键进行solve，由于材料B-H曲线是非线性的，因此计算时间有点长。
ANSYS电磁场分析培训解读
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
2.2-6
• 1/4模型与全模型比较 – 磁通密度分布相同 – 贮能为1/4 – 所示线圈上的Lorentz力 1/2 – 作用在极面上力为1/2
B
B
励磁体1/4对称模型
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
2.2-7
• 单元plane13 and plane53 用于模拟2D 磁场 – Plane13: 4 节点四边形 • 耦合场自由度：温度，结构，磁 • 电源为Z方向 • B 为线性变化 • 适用于：
2.2-13
– 磁力线描述 • 平面: AZ等值线 • 轴对称: r AZ 等值线
平面或 轴对称 ?
电枢
线圈
定子
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
平面或 轴对称 ?
2.2-14
– 力、能量、电感的描述 • 平面: 单位长度 • 轴对称: 整个圆周上的值
– 力: • 轴对称: – 无有效径向力（相互平衡） – 单位弧度力不为零（曲度线圈）
Plane13
• 螺线管磁体（致动器） • 直线或旋转电机 • 负载机械 • 机械力矩
• 变压器 • 汇流排 • 传感器 • 线性或任意 • 永磁系统
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
2.2-8
– plane53: 8 节点，四边形 • 耦合场自由度: –磁 – 与电路单元耦合 • 电流为 Z 方向 • B 可为二次非线性变化 • 通常情况下的推荐使用单元 • 适用于精度要求较高的分析 – 场量分析 – 大型机械力矩
用 ANSYS/Emag进行电磁场分析
2.2-12
– 平面与轴对称比较 – 端部效应
• 平面: 不包括 • 轴对称: 自动包括 – 正向电流方向相反
ANSYS workbench_电磁学教程
© 2004 ANSYS, Inc.
Electromagnetic Toolbar
Simulation Environment: •Emag boundary conditions •Conductor source excitation
Solution Results •Voltage •Current Density •Field •Force •Torque •Inductance •Flux linkage
矢量/轮廓在解决对象选择”的定义”或结 果的工具栏
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
Vector Plots
箭向量地块规模,2 D / 3 D箭,箭密度可以定义允许优秀 的图形化的电磁场
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
Inductance & Flux Linkage
解枝可以插入电感、磁链标杆处理计算。自我与互感是计算。
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
Parameter Sweeps
分析了Emag可以完全参数化,用户可以轻松的力量或转矩与提取转子位置等.
© 2004 ANSYS, Inc.
© 2004 ANSYS, Inc.
ANSYS, Inc. Proprietary
Air Gap Mesh Sizing
要求:。在一个电磁学分析模型通常包括窄间隙和转子匝等配件。 是很有意义的一个雅致的网格物体在这些差距的原因。 特点:气隙啮合上浆。至于其他网格控制、气隙下的先进控制分配 模型的细节。 好处:易于使用的网格细化,因而更准确的分析结果。
ANSYS电磁场分析指南磁宏
ANSYS电磁场分析指南磁宏磁宏分析是ANSYS中的一种电磁场分析方法，用于模拟磁场中的行为。
它基于麦克斯韦方程组和磁性材料的本质特性，可以用来研究磁场的分布、场强和磁通量等。
以下是使用ANSYS进行磁宏分析的一般步骤：1.创建几何模型：使用ANSYS的几何建模工具创建您要分析的几何体。
您可以使用ANSYS的二维或三维建模功能，根据您的需求选择适当的几何形状。
2.设置材料属性：在进行磁宏分析之前，您需要为模型中的材料定义磁性属性。
这包括磁导率、磁饱和和磁滞等。
可以通过库中的材料属性进行选择，或者根据实际材料的特性手动输入。
如果您使用的是标准材料，可以轻松从ANSYS材料库中选择。
3.设置边界条件：确定分析的边界条件非常重要。
根据您的应用场景，您可以设置边界条件为固定零磁场、非磁性条件或具有特定磁场分布的条件。
对于二维问题，您可以设置边界上的磁通量。
这些边界条件将在后续计算中起作用。
4.生成网格：ANSYS使用有限元方法进行分析，因此需要生成适当的网格。
您可以选择不同的网格生成技术，例如自动网格细化、手动加密和剖面网格。
网格的质量对分析结果的准确性和计算时间都有重要影响。
5.定义分析类型和求解器：在ANSYS中，您可以选择不同的分析类型和求解器来求解磁场问题。
例如，您可以选择求解静态磁场、谐振频率或非线性磁场等。
根据您的需求选择适当的求解器，以获得准确的结果。
6.运行计算：在设置了适当的材料属性、边界条件和网格后，您可以运行计算。
ANSYS将使用选择的求解器进行计算，并在计算结束后生成结果。
7.分析结果：计算完成后，您可以查看和分析生成的结果。
这包括磁场分布图、场强、感应电流和磁通量等。
ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以帮助您更好地理解分析结果。
除了这些基本步骤，在进行磁宏分析时还有一些注意事项和技巧：1.材料特性选择：选择适当的磁性材料特性对分析结果至关重要。
根据实际材料数据进行选择，并注意磁导率的非线性特性。
ANSYS磁力轴承三维电磁场分析教程
外圈空气场
转子内空气场
体迭代
压缩体积编号
赋材料类型，划分网格
7.加边界条件和载荷
Utility menu>select>comp/assembly>create component
创建局部坐标系 utility menu-workplane-local coordinate System-create local cs-at specified loc
移动工作平面
utility menu-workplane-Align wp with-specified coord Sys
建立线圈
显示线圈Utility menu-plotctrls-styቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe-size and shape
Utility menu-plot-element
/SOLU D,2,MAG,0 !SOLVE ALLSEL,ALL MAGSOLV,3,,,,,1 FINISH
ANSYS电磁场分析教程
方思源
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）
1.过滤图形界面
2.定义工作标题
3.定义单元类型和选项
4.定义材料属性
TB,BH,1,,15 ! 定子上硅钢片的的B-H曲线 TBPT,,40 ,0.5 TBPT,,48,0.6 TB,BH,2,,13 !指定轴上工业纯铁的B-H曲线 TBPT,,56,0.7 TBPT,,200,0.4 TBPT,,67,0.8 TBPT,,220,0.5 TBPT,,80,0.9 TBPT,,260,0.6 TBPT,,100,1 TBPT,,290,0.7 TBPT,,125,1.1 TBPT,,300,0.8 TBPT,,172,1.2 TBPT,,400,1 MP,MURX,3,1 !指定气隙的材料类型 TBPT,,250,1.3 TBPT,,500,1.2 MP,MURX,4,1 !指定空气的材料类型 TBPT,,460,1.4 TBPT,,700,1.3 TBPT,,1020,1.5 TBPT,,800,1.4 TBPT,,3400,1.6 TBPT,,1190,1.5 TBPT,,6400,1.7 TBPT,,1680,1.6 TBPT,,8400,1.74 TBPT,,2800,1.7 TBPT,,10000,1.79 TBPT,,6000,1.8