ANSYS workbench_电磁学教程
ANSYS工程应用教程_热与电磁学篇
ANSYS 工程应用教程_热与电磁学篇随着ANSYS 版本的不断更新，ANSYS 的应用领域也日益广泛。
作为融结构、热、流体、电磁、声学为一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电、等一般工业及科学研究领域。
热分析包括稳态热分析、瞬态热分析、热辐射、相变、热应力等，电磁场分析包括二维静态、谐性、瞬态磁场分析，三维静态、谐性、瞬态磁场分析，高频电磁场分析和电场分析等。
ANSYS 热分析简介：图形用户界面方式（GUI ）或命令流方式进行计算。
ANSYS 如何进行热分析：实际上，其基本原理是先将所处理的对象划分成有限个单元（包含若干节点），然后根据能量守恒原理求解一定边界条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此计算出各节点温度，继而进一步求解出其他相关量。
耦合场分析：这类涉及两个和多个物理场相互作用的问题为耦合场分析。
主要方法有直接耦合和间接耦合。
直接耦合解法的耦合单元包含所有的自由度，仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果。
这种方法实际上是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的。
间接耦合法又称为序贯耦合法，通过把第一磁场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现良种场的耦合。
三种基本传热方式：传导：当物理内部存在温度差时，热量将从高温部分传递到低温部分；而且不同温度的物体相互接触时热量会从高温物体传递到低温物体。
傅立叶定律，又称导热基本定律hot cold A(T T )t dQ κ-=，Q 为时间t 内的传热量，κ为热传导率，T 为温度，A 为面积，d 为两平面之间的距离。
对流：温度不同的各部分流体之间发生相对运动所引起的热量传递方式。
流体被加热时：w f q h(t t )=-流体被冷却时：f w q h(t t )=-，w t 和f t 分别为壁面温度和流体温度，h 为对流热系数。
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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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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ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：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。
Ansys Workbench 磁场分析教程3
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Module 3
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
S Start W Workbench kb h
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Reorient the model and create a plane on the busbar face at the opposite end, then click generate
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Workb kbench-Si Simulatio on Emag
已完成
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Module 3
Electromagnetic Analysis
Training Manual
Workb kbench-Si Simulatio on Emag
已完成
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ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第18章-电磁场分析
第18章 电磁场分析 在电磁学里，电磁场是一种由带电物体产生的物理场，处于电磁场的带电物体会感受到电磁场的作用力。
★18.1 电磁场基本理论电磁场理论由一套麦克斯韦方程组描述，分析和研究电磁场的出发点就是对麦克斯韦方程组的研究。
18.1.1 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组实际上是由4个定律组成，分别是安培环路定律、法拉第电磁感应定律、高斯电通定律（简称高斯定律）和高斯磁通定律（亦称磁通连续性定律）。
1. 安培环路定律无论介质和磁场轻度H 的分布如何，磁场中的磁场强度沿任何一条闭合路径的线积分等于穿过该积分路径所确定的曲面的电流总和，这里的电流包括传导电流（自由电荷产生）和位移电流（电场变化产生），利用积分表示为：()D Hdl J dS tΓΩ∂=+∂∫∫∫ （18-1）ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通 式中，J 为传导电流密度矢量（A/m 2），D t∂∂为位移电流密度，D 为电通密度（C/m 2）。
2. 法拉第电磁感应定律 闭合回路中的感应电动势与穿过此回路的磁通量随时间的变化率成正比，利用积分表示为：(B Edl J dS tΓΩ∂=−+∂∫∫∫ （18-2） 式中，E 为电场强度（V/m ），B 为磁感应强度（T 或Wb/m 2）。
3. 高斯电通定律在电场中，不管电解质与电通密度矢量的分布如何，穿出任何一个闭合曲面的电通量等于已闭合曲面所包围的电荷量，这里的电通量也就是电通密度矢量对此闭合曲面的积分，积分形式表示为：v S DdS dv ρ=∫∫∫∫∫ （18-3）式中，ρ为电荷体密度（C/m 3）。
4. 高斯磁通定律在磁场中，不论磁介质与磁通密度矢量的分布如何，穿出任何一个闭合曲面的磁通量恒等于零，这里的磁通量即为磁通量矢量对此闭合曲面的有向积分，用积分形式表示为： 0SBdS =∫∫ （18-4） 式（18-1）~式（18-4）还分别有自己的微分形式，也就是微分形式的麦克斯韦方程组，分别对应式（18-5）~式（18-8）：D H J t ∂∇×=+∂ （18-5） B E t ∂∇×=∂ （18-6）D ρ∇= （18-7）0B ∇=（18-8）在电磁场计算中，经常对上述这些偏微分进行简化，以便能够用分离变量法、格林函数等求得电磁场的解，其解的形式为三角函数的指数形式以及一些用特殊函数表示的形式。
ANSYSWorkbench基础教程与工程分析详解第九章电磁场分析
2．麦克斯韦第二方程
麦克斯韦第二方程也称为法拉第电磁感应定律：
ANSYS Workbench 基础教程与工程分析详解
JJ G JG JG G ∂D J 其积分形式为： v ∫ E ⋅ d I = −∫s ∂τ ⋅ d S JG JG ∂E 微分形式： ∇ × E = − ∂τ 该式说明：变化的磁场产生电场。即电场不仅由电H1−H2)=Js 或 H1t−H2t=Js n×(E1−E2)=0 H1t=H2t
法向分量的边界条件：
第 电磁场分析
9
章
n×(B1−B2)=0 B1n=B2n − n·(D1 D2)=ρs 或 D1n−H2n=ρs
在工程上求解电磁场问题，实际上就是在确定的边界条件下联合求解上述诸方程。由 微分形式的麦克斯韦方程式可知：时变电场是有旋有散的，时变磁场是有旋无散的。在时 变电磁场中电场与磁场是不可分割的。因此，时变电磁场是有旋有散场。但是在电荷及电 流均不存在的无源区中，时变电磁场是有旋无散的。电场线与磁场线相互交链，自行闭合， 351 从而在空间形成电磁波。此外，时变电场的方向与时变磁场的方向处处互相垂直。 JG JJ G JJ G J G ∂E ∂D ∂H ∂B = = = 0 。那么，上述麦克斯韦方程变 = 对于不随时间变化的静态场有： ∂t ∂t ∂t ∂t 为静电场方程与恒定磁场方程，此时电场与磁场不再相关，而是彼此独立。
350
3．麦克斯韦第三方程
麦克斯韦第三方程也称为电场的高斯定律。 JJ G JJ G 其积分形式为： v ∫ s D ⋅ dS = q JJ G 微分形式： ∇ × D = ρ 该式表明：穿过任何闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的静电荷，也表明了电 荷能产生磁场。
4．麦克斯韦第四方程
Ansys电机电磁震动和噪声分析流程讲课文档
w 调整仿真时间与步长
w 双击 Projects 管理窗口上的 Analysis>Setup1 w 设置仿真停止时间 Stop Time 为10ms w 设置时间步长 Time Step 为 50us w 点击 OK
w 激活瞬态电磁场与谐响应分析的耦合分析选项
w 激活瞬态电磁场与谐响应分析耦合分析选项 w 点击菜单Maxwell2D > Enable Harmonic Force Calculation w 在弹出的Enable Harmonic Force Coulping 窗口中， 1. 选中Enable Force Calculation， 2. 在每一个齿尖模型的选择框中，打勾如下图。 3. 点击 OK 。
1. 将 Name 改成 Length_ToothTips
2. Restrict length of Elements:
3. Maximum Length of Elements: 0.25 mm 4. 点击 OK w 改善曲线网格剖分 w 选中所有的物体（ Ctrl + A） w 点击菜单 Maxwell 2D > Mesh Operations > Assign > Surface Approximation w 在弹出的 Surface Approximation 窗口中， 1. 将名字改成 SurfApprox_ToothTips 2. 设置 maximum surface deviation (length) 为 0.001 mm 3. 点击 OK
w 几何模型修改 w 修改选择模式 1. 选择菜单 Edit > Select > Objects ； 2. 或从键盘，点击快捷键 “O” 。 w 复制定子铁心 1. 用鼠标，在图形窗口点击定子铁心。
ANSYS workbench_电磁学教程
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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
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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
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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。
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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.
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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。
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Winding Bodies & Tool
• 特点:设计建模者(DM)包括两个新的工具,允许一个用户很容易的 创建电流负载线圈: • 卷绕机构:用来表示线圈励磁源伤口。这些机构的优势就是它们不 是3 D对象,从而简化建模/啮合侧绕组的结构。 • 在“把模拟”,蜿蜒的尸体被指定为导体的身体。 • 蜿蜒的工具:用于创建更复杂的电机线圈绕组。使用工具的一个工 作表绕组的表格的形式来驱动创造多连通蜿蜒的尸体。或者一个 用户可以阅读以一个文本文件MSExcel创造的。 • 好处:非常容易使用、自动检测的快速创建的线圈绕组。
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Materials – BH Curve Library
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Materials – User BH Curves
BH curves with up to 500 data points are supported
身体是自动分派给绕组导线的身体. 从绕组的工具,每一阶段绕组分配作为一个独特的导体。. 在这个例子中,指挥一个由2绕组的身体 .
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Material Property Support
• 两个线性和非线性Emag材料工程数据的支持: • • • • • • • • 软质材料(钢、铁等。) 常数(各向同性) 夹层正交各向异性) 线性/非线性(单B-H曲线) 硬材料(钕铁硼、SmCo、永磁材料) 线性 非线性 图书馆提供35 BH曲线35常见的材料
Electromagnetic Toolbar
Simulation Environment: •Emag boundary conditions •Conductor source excitation
Solution Results •Voltage •Current Density •Field •Force •Torque •Inductance •Flux linkage
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Winding Bodies
Tangent orientation vector (blue arrow) defines direction of current. Winding cross-section displayed
特点:外壳现在支持对称模型特征的时候就像一盒外壳形状或 缸: 3三对称飞机可以被指定。 完全或部分模型可以包含在附件。 在模型模拟DesignModeler转移,外壳特征与对称形式的两种飞 机名叫选择: 开放域 对称平面
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Workbench Emag Roadmap
• • • • • • • • • 如果Emag能力将会被暴露在几个释放的循环: 三维静磁学(9.0) 三维电流传导(10.0) 三维静电的元件 时间和二维瞬态 工作台是第一个版本v9.0电磁分析能力。 支持(伤口)固体和滞留导体 自动计算力、扭矩、电感,线圈磁链。 容易设置模拟计算结果,作为一个功能的电流,中风或转子位置角。
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Winding Table File
•弯弯曲曲的表文件可以出口的还是进口的文本文件中的数据
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Winding Tool Example
转子绕组1高亮显示
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Fill Feature
充填特征创建一个新的冷冻的身体来填满空间占领的一个洞或 腔。 用于室内腔电磁应用。
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Enclosure Symmetry
一条线的身体可以提升至一条蜿蜒的身体。转身和 截面尺寸(CS)进入
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Winding Tool
复杂的线圈绕组采用绕组可以设定工具: 弯弯曲曲的工具插入一个“绕组#”进模型树。 一个“细节”的观点是用于几何布局。
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Parameter Sweeps
Graph of results automatically created.
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END
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矢量/轮廓在解决对象选择”的定义”或结 果的工具栏
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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
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• 工作台Emag能力和可通过映射到: • ANSYS Emag(独立或使任务) • ANSYS Multiphysics许可证。
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Workbench Emag Markets
• • • • • • • • 目标市场: 电磁作动器 永磁装置 传感器 旋转电机 同步机 直流电动机 永磁机器
一个倾斜角度可以认定为线圈槽 许多电机设计线圈雇佣一个倾斜的形式。
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Winding Slot Clash Detection
绕组线圈工具自动侦测如果发生了冲突 另一部分并警告用户
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Materials - Permanent Magnets
Coordinate systems are used to align the polarization axis of a magnet. Cartesian and Radial Magnetization are supported.
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Air Gap Mesh Sizing
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Conductor Objects
导体导线来激励对象识别、电感、后期处理。可以中固体(固体导体),或缠绕团体(伤 口线圈)
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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。
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。
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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.
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Contents
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工作台电磁学 工作台Emag路线图 设计建模者 外壳对称 绕组的身体 蜿蜒的工具 仿真
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Enclosure & Fill Tools
设计建模者(DM)包括两个特征允许一个用户创建一个立方体“场”的身体 伴随实体模型。 外壳的工具:释放8.0。这种工具用于完全附上的尸体在一个物质的典型模型 需要一个Emag分析。 填充工具:释放9.0(β在8.1)。类似的功能,附件,但只有充满室内蛀牙。
附件的一个例子,并在此基础上 围绕着一个电磁铁
Contents
• • • • • • • • • • • • • 工作台电磁学 工作台Emag路线图 设计建模者 外壳对称 绕组的身体 蜿蜒的工具 仿真 工具布局 绕组的身体 材料的性能 气隙啮合上浆 导体 溶液
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Simulation Tools Layout
Contents
Workbench Electromagnetics
– Workbench Emag Roadmap
– Design Modeler
• Enclosure Symmetry • Winding bodies • Winding Tool