电磁场有限元分析(ANSYS)
有限元分析(FEA)软件 ANSYS ANSA ADINA ABAQUMSC 及Wiseteam图形工作站
有限元分析(FEA)软件ANSYS /ANSA /ADINA/ ABAQU/MSC 及Wiseteam图形工作站有限元分析（FEA）是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。
它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等问题，有限元方法已经应用于水工、土建、桥梁、机械、电机、冶金、造船、飞机、导弹、宇航、核能、地震、物探、气象、渗流、水声、力学、物理学等,几乎所有的科学研究和工程技术领域。
有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。
基于有限元分析（FEA）算法编制的软件，即所谓的有限元分析软件。
通常，根据软件的适用范围，可以将之区分为专业有限元软件和大型通用有限元软件。
常见通用有限元软件包括LUSAS,MSC.Nastran、Ansys、Abaqus、LMS-Samtech、Algor、Femap/NX Nastran、Hypermesh、COMSOL Multiphysics、FEPG等等。
ANSYSANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中高级CAE工具之一。
ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
ANSAANSA是目前公认的全球最快捷的CAE前处理软件，也是一个功能强大的通用CAE前处理软件。
ANSA具有很多独创的技术特色，因而使得它比之其他同类软件具有非常高的效率和能力，并在全球范围得到了非常广泛的应用，包括汽车、航天航空、电子、船舶、铁路、土木等工业领域。
基于ANSYS的主动磁轴承电磁场的有限元分析
１０ ６ １１８
３ 东北大学 信息科学与工程学 院 ． 摘
沈阳
１０ ０ １０ ４
要 ：在介绍主动磁轴承 转子的数学模型及其 简化 计算的基础上 ， 出了有 限元计 算模型及其 边界 条件 ， 给 并用有
限元 分析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ对 主 动磁 轴承 电磁 场 的耦 合 现 象及 转 子偏 心 量 和控 制 电 流对 磁 场 分 布 的影 响进 行 了仿 真 ， 出定 予 ＮＹ 给
ｃ ｎ ｌｓｏ ｅｇ ｉ ａ ｃ ｒ ｅ ｉ ｎｏ ｇ ｅｉ ａ ｉ ｇ ． ｏ ｃｕ ｉｎ ｉ ｔ ｕ ｄ ｎ ｅｆ ｓｇ ｆ ｓｈ ｏ ｄ ｍａ ｎ ｔ ｂ ｒ ｓ ｃｅ ｎ
Ｋ ｅ ｏｒ ｓ ｙＷ ｄ ：Ｆｉ ｉ ｅ ｅ ｔ Ｅｌｃ ｒ ｍ ａ ｎ ｔ ｉｌ Ａｃ ｖ ａ ｅ ｃＢｅ ｒｎ ＡＮＳ ｎ ｔ Ｅｌｍ ｎ ｅ ｅ ｔ ｏ ｇ ｅ ｃＦ ｅｄ ｉ ｉ ｔ ｅＭ ｇ ｔ ａ ｉ ｇ ｎ ｉ ＹＳ
主 动磁 悬 浮 轴 承 （ ＡＭＢ， 称 磁 轴 承 ） 利 用 电 磁 简 是
在 线 性 分 析 中 ， 子 和 转 子 轴 套 用 高 磁 通 密 度 的 定
、
铁 产 生 可 控 电磁 力 将 转 子 无 接 触 地 悬 浮 于 定 子 间 气 隙
中 的 一 种 新 型 轴 承 １ 与 传 统 的 机 械 轴 承 相 比 ， 轴 。 磁 承 因具有 无接 触摩 擦 、 速度 、 功 耗 、 精 度 、 需润 高 低 高 不 滑 等优 点 而广 泛 应 用 于 交通 、 速 机 床 、 空 航 天 、 高 航 核 工 业 等 领 域 【 １由 于 磁 轴 承 所 能 够 获 得 的 最 大 承 载 能 ４ 。 ． 力 由所使 用 磁 性 材料 的最 大 磁通 密 度所 决 定 ， 了增 为
ANSYS有限元分析——课程PPT课件
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12.ANSYS/DesignSpace：该模块是ANSYS的低端产品， 适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基 本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线 性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合 分析、拓扑优化。其他功能有：CAD模型读取器、自 动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动 生成ANSYS分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace ： （ 支 持 的 CAD 模 型 有 ： Pro/E 、 UG 、 SAT、Parasoild）
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8. ANSYS/ED：该模块是一个功能完整的设计模拟程序， 它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解题规模受 到了限制（目前节点数1000）。该软件可独立运行， 是理想的培训教学软件。
9. ANSYS/LS-DYNA：该程序是一个显示求解软件，可 解决高度非线性结构动力问题。该程序可模拟板料成 形、碰撞分析、涉及大变形的冲击、非线性材料性能 以及多物体接触分析，它可以加入第一类软件包中运 行，也可以单独运行。
有限元分析的基本步骤如下： • 建立求解域并将其离散化有限单元，即将连续问题分
解成节点和单元等个体问题； • 假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解
的近似连续函数； • 建立单元方程； • 构造单元整体刚度矩阵； • 施加边界条件、初始条件和载荷； • 求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果；
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6. 声学分析 ●定常分析 ●模态分析 ●动力响应分析
ANSYS有限元案例分析之磁场分布仿真案例
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
二，前处理
•3 创建模型
2）生成四分之一圆，圆心（0,0）半径20： Main Menu:Preprocessor>Modeling>Create
>Areas>Circle>Partial Annulus。Rad-1 输入20 ；Theta-2输入90；点击OK。
中选择Axisymmetric；同理选择type2做如上操作。
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理
• 2定义材料特性
1）相对磁导率 Main Menu: Preprocessor > Material Props >Relative Permeability>Constant
ANSYS有限元案例分析之磁场 分布仿真-两平行圆环电产生
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
一，前处理前的操作
•1 文件路径，工作名称和工作标题的设定。
1）文件路径：Utility Menu：File>Change Directory 2）工作名称：Utility Menu：File>Change Jobname 3）工作标题：Utility Menu：File>Change Title
ANSYS有限元案例分析-两平行圆环电产生磁场分布仿真
四，求解
• 7 往路径上映射变量的数值： Main Menu>General Postproc>Path Operation>Map onto Path。左边一栏选择Flux&gradient，右边选择 MagFluxDens BSUM，点击OK。
有限元分析软件及应用
有限元分析软件及应用有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程力学的数值计算方法，用于模拟和分析材料或结构在力学、热学、流体力学等领域的行为。
有限元分析软件是用于进行有限元分析的工具，提供了对复杂问题进行建模、求解和分析的功能。
下面将介绍几种常用的有限元分析软件及其应用。
1. ANSYS：ANSYS是全球领先的有限元分析软件之一，适用于多个领域，如结构力学、流体力学、电磁场等。
在结构分析方面，ANSYS可以进行静力学、动力学、疲劳分析等，可应用于航空、汽车、能源、医疗等行业。
2. ABAQUS：ABAQUS是另一个广泛使用的有限元分析软件，适用于结构、热、流体、电磁等多个领域的分析。
ABAQUS提供了丰富的元件模型和边界条件，可以进行复杂结构的非线性、瞬态、热源等分析，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
3. MSC Nastran：MSC Nastran是一款专业的有限元分析软件，主要用于结构和动力学分析。
它提供了丰富的分析和模拟工具，可进行静力学、动力学、疲劳分析等。
MSC Nastran广泛应用于航空、汽车、船舶等领域，具有较高的准确性和可靠性。
4. LS-DYNA：LS-DYNA是一款用于求解非线性动力学问题的有限元分析软件。
它可以进行结构和流体的动态响应分析，主要应用于汽车碰撞、爆炸、冲击等领域。
LS-DYNA具有强大的求解能力和灵活性，可以模拟复杂的物理现象和材料性能。
除了上述几个常用的有限元分析软件外，还有许多其他软件也具有广泛的应用。
有限元分析在实际工程中有着广泛的应用，下面以汽车结构分析为例进行介绍。
汽车结构分析是有限元分析的一个重要应用领域。
有限元分析软件可以帮助工程师对汽车的结构进行模拟和分析，评估其在碰撞、强度、刚度等方面的性能。
首先，工程师可以使用有限元分析软件对汽车的结构进行建模。
软件提供了各种几何建模工具，可以根据汽车的三维CAD数据进行建模，或者使用简化的二维平面模型。
ansys大作业ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较.
期末大作业题目：简单直流致动器ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名：柴飞龙学科（专业）：机械工程学号：21225169所在院系：机械工程学系提交日期2013 年 1 月1、 背景简述：ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。
而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件，如传感器、调节器、电动机、变压器等。
本人在实验室做的课题涉及到电机仿真，用的较多的是ansoft 软件，因为其对电机仿真的功能更强大，电机功能模块更多，界面友好。
现就对一电磁场应用实例，用ANSYS 进行仿真分析，得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。
2、 问题描述：简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯，中间被空气隙分开的部件组成，线圈中心点处于空气隙中心。
衔铁是导磁材料，导磁率为常数（即线性材料，r μ=1000），线圈是可视为均匀材料，空气区为自由空间（1=r μ），匝数为2000，线圈励磁为直流电流：2A 。
模型为轴对称。
3、 ANSYS 仿真操作步骤：第一步：Main menu>preferences第二步：定义所有物理区的单元类型为PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete第三步：设置单元行为模拟模型的轴对称形状，选择Options（选项）第四步：定义材料Preprocessor>Material Props>•定义空气为1号材料(MURX = 1)•定义衔铁为2号材料(MURX = 1000)•定义线圈为3号材料(自由空间导磁率，MURX=1)第五步：建立衔铁面、线圈面、空气面Preprocessor>Modeling>Greate>Area>Rectangle>By Dimensions 建立衔铁面建立线圈面建立空气面最终结果第六步：用Overlap迫使全部平面连接在一起Preprocessor> Modeling>Booleans>Operate> Overlap>Areas 按Pick All第七步:平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor>Meshing> Meshing Attributes>Picked Areas用鼠标点取衔铁平面Preprocessor>Meshing> Meshing Attributes>Picked Areas选取线圈平面第八步：加磁通量平行边界条件Preprocessor>Solution>Define loads>apply>magnetic>boundary>Vector Poten>Flux par’1>On lines选取如下边界线段第九步：智能尺寸选项来控制网格大小Preprocessor>-Meshing>Size Cntrls>smartsize>basic第十步：网格生成Preprocessor >Meshing>Mesh>Areas>Free>Pick All结果如下：第十步：衔铁定义为一个单元组件（1）选择衔铁平面Utility>select>entities（2）选择与已选平面相对应的单元（3）图示衔铁单元Utility>plot>elements第十一步：使单元与衔铁组件联系起来Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component第十二步：加力边界条件标志Preprocessor>Solution>Define loads>apply>magnetic>Magnetic>Flag>Comp Force第十三步：给线圈平面施加电流密度（1）选择线圈平面Utility>Select>Entity（2）得到线圈截面积.Preprocessor>Modeling>Booleans>Operate Operate>Calc Geometric Items>Of Areas选择OK（3）将线圈面积赋予参数CAREAUtility>Parameter>Get Scalar Data第十四步：把电流密度加到平面上Preprocessor> Solution>Define loads>Apply>Excitation>Curr Density>On Areas第十五步：solve进行计算Preprocessor> Solution >solve>electromagnet>Static Analysis>Opt & Solve第十六步：后处理（1）生成磁力线圈General Postproc>plot results>Contour Plot>2D flux lines（2）计算电磁力General Postproc>Elec&Mag Calc>Component Based>Force(3)显示总磁通密度值(BSUM)General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solution最后结果如下：此时，完成了用ANSYS仿真分析简单直流致动器的全部过程，之后将附上用ansoft 仿真同一简单直流致动器的结果并做简单比较。
有限元分析软件ANSYS简介
有限元分析软件ANSYS简介1、ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型;此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。
因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。
“上海二十一世纪中心大厦”整体分析曾经由日本某公司采用美国ETABS软件计算，利用他们已经建好的模型，读入ANSYS并运行之，可得到计算结果，从而节省较多的工作量。
2、ANSYS功能(1)结构分析静力分析 - 用于静态载荷. 可以考虑结构的线性及非线性行为，例如: 大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作响应谱或 PSD).谐响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.)专项分析: 断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为.它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法. (2)ANSYS热分析热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力. ANSYS功能:相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等)三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射)(3)ANSYS电磁分析磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等.静磁场分析 - 计算直流电(DC)或永磁体产生的磁场.交变磁场分析 - 计算由于交流电(AC)产生的磁场.瞬态磁场分析- 计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场电场分析用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。
Ansys有限元分析全面介绍
后处理模块
将计算结果以图表、 曲线、云图等形式 显示或输出。gital Content & Contents mall developed by .
ANSYS介绍
ANSYS有限元分析过程主要包括三个步骤：
ANSYS介绍
求解的类型和求解器的类型
材料库，可从中选择和设置工 程材料
几何建模工具或导入外部几何 模型
ANSYS介绍
ANSYS介绍
Mechanical界面 大部分前处理，求解 及后处理都在这里实现
自带几何画图模块 DesignModeler
预处理模块
The提供了一个实 体建模、网格划分、 定义边界约束及载 荷工具。 all developed by
分析计算模块
结构、流体动力 学、电磁场、声场、 压电及多物理场耦 合分析，以及灵敏 度分析及优化分析 能力。gn Digital c.
CAE与有限元
CAE
FEM
BEM
边界元法（Boundary Element Method）
SEA
统计能力分析 （Statistical Energy Analysis）
FDM
有限差分法（Finite Difference Element Method）
有限元法的理论基础
胡克定律：F=K ・U K--弹簧系数 U--伸长量，位移
几何模型材料赋予、网格设置 与划分平台 求解计算有限元分析模型
完成应力分布、位移响应等云 图的显示 分析结果，即完成分析的结果
ANSYS介绍
前处理过程模拟举例
F
材料库
ANSYS介绍--零件材料库
七大类材料库，分别 适用于不同分析类型
每种材料库中软件 提供了丰富的材料
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Aluminum Plate
Time average values: Power loss (eddy solver) = 4.60 W
Power loss (transient) = 4.46 W
16
A
17
A
18
A
19
A
6
A
0绪
4.数值解法的种类
7
A
0绪
5.有限元方法在电磁场领域的应用
6.现代有限元计算软件
➢ Ansys femlab ansoft flux Marc ……
8
A
E-Field Analysis of a Molded Insulator exposed to 170 kV
The Shape was Designed to eliminate Breakdown in the Insulator
➢ 有限差分法 （Finite Difference Methods FDM） ➢ 有限元素法（Finite Elements Methods FEM） ➢ 体积分方程法 (Volume Integral Equation Methods VIEM) ➢ 边界元素法(Boundary Elements Methods BEM) ) ➢ 混合法 (Hybrid Methods) ➢ ………
➢ 图解法 百年历史，现已很少用
➢ 模拟法 实验模拟，昂贵，重大问题可能使用
➢ 解析法 电磁场课程学习的，分离变量法、保角变换、镜像法、逆问题
法。。。，对简单场域，单一介质、规则场域适用，物理含义清楚
➢ 数值解法 现代计算方法，复杂场域、多介质、各向异性介质，几乎
所有场域问题
5
A
0绪
4.数值解法的种类
学习方法 要求 实验 考试 考勤 纪律 联系
2
A
0绪
1.有限元是干什么的？
➢ 求解场域问题 ➢ 什么是场域问题？（随时间、空间变化的量）
3
A
0绪
1/4
2。求解场域问题的方法
➢ 路的方法 是场的简化 电路、磁路、热路 ➢ 场的方法 直接对场量求解 ➢ 特点
4
0绪
3.场域问题求解的发展 （参考书籍）
A
FEA internally coupled with circuit elements
Coupled with external circuits using Schematic
Three phase power transformer
13
Rectifier Circuit
A
14
A
15
A
Eddy Currents Induced in an Aluminum Plate
9
A
Coil
Armature
Permanent Magnet
(on Armature)
10
A
coil core
plate
Current
tds3d rz2d
Induced Voltage
tds3d rz2d
yoke (magnet)
11
A
Source Current
t = 0.025
12
Induced Eddy Current
电磁场有限元分析
0 绪论
1 电磁场理论回顾 （电磁场微分方程）
2 有限元原理
（加权余量法、变分法、边界条件）
3 有限元实施
（1，2维）
4 有限元求解电磁场问题的现代方法
（有限元计算软件的使用）
1
A
2/4
参考书籍
1. 《有限元法在电磁计算中的应用》 张榴晨 中国铁道出版社 2. 《电磁场有限元方法》 金建铭（美）王建国译 西安电子科技大学出版社