ANSYS-Maxwell涡流场分析案例.doc

1.训练后处理应用实例本例中的涡流模型由一个电导率=106S/m，长度为100mm，横截面积为1010m2的导体组成，导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位=120的电流。（1） 启动Maxwell并建立电磁分析1. 在windows系统下执行“开始”“所有程序”ANSYS ElectromagneticANSYS Electromagnetic Suite 15.0Windows 64-bitMaxwell 3D命令，进入Maxwell软件界面。2. 选择菜单栏中FileSave命令，将文件保存名为“training_post”3. 选择菜单栏中Maxwell 3DSolution 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ModelerUnits选项，弹出Set Model Units对话框，将单位设置成m，并单击OK按钮。（2） 建立模型和设置材料1. 依次单击DrawBox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=106S/m2. 依次单击DrawBox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DrawLine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Drawline，生成长方形对角点为（20，-20，50）、（-20，20，50），名为line25. 依次单击DrawRegion命令，弹出Region对话框，设置如下:Pad individual directions（-100，-100，0）、（200，100，100）（3） 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 3DExcitationsAssignCurrent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 3DExcitationsAssignCurrent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（4） 设置求解规则1. 依次选择菜单栏中Maxwell 3DAnalysis SetupAdd 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) SolverAdaptive Frequency（设置激励源的频率）:60Hz(5) 单击OK按钮。1. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3DValidation Check命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有P说明前处理操作没有问题；如果有O弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。2. 依次选择Maxwell 3DAnalyze All命令，此时程序开始计算。（5） 后处理依次单击Maxwell 3DFieldsCalculator命令，弹出Fields Calculator对话框1) 导体内的功率损耗（体积分）方法一：1 选择InputQuantityOhmic Loss2 选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择Cond，然后单击OK按钮3 选择ScalarIntegrate4 选择OutputEval5 得到Cond计算损耗约为5方法二：计算公式为1 选择InputQuantityJ，获得电流密度矢量J；2 选择Push3 选择GeneralComplex：Conj，求J的共轭；4 选择VectorMtal，出现Material Operation窗口；5 选择Conductivity、Divide；单击OK按钮6 选择VectorDot7 选择GeneralComplex：Real；8 选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:2；单击OK9 选择General/10 选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择Cond，然后单击OK按钮11 选择ScalarIntegrate12 选择OutputEval13 得到Cond计算损耗约为52) 沿着导体路径的电压降（线积分）计算电压降的实部：计算公式为1 选择InputQuantityJ，获得电流密度矢量J；2 选择VectorMtal，出现Material Operation窗口；3 选择Conductivity、Divide；单击OK按钮4 选择GeneralComplex：Real；5 选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮6 选择VectorTangent7 选择ScalarIntegrate8 选择OutputEval9 得到电压降的实部分量为0.05V计算电压降的虚部：计算公式为1 选择InputQuantityJ，获得电流密度矢量J；2 选择VectorMtal，出现Material Operation窗口；3 选择Conductivity、Divide；单击OK按钮4 选择GeneralComplex：Imag；5 选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line1，然后单击OK按钮6 选择VectorTangent7 选择ScalarIntegrate8 选择OutputEval9 得到电压降的实部分量为-0.0866V理论计算电压降幅值为3) 安培定律（线积分）计算磁场强度的实部分量沿着线line2的线积分1 选择InputQuantityH；2 选择GeneralComplex：Real；3 选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮4 选择VectorTangent5 选择ScalarIntegrate6 选择OutputEval7 出现86.58A实际电流的实部是100sin120=86.58A计算磁场强度的虚部分量沿着线line2的线积分1 选择InputQuantityH；2 选择GeneralComplex：Imag；3 选择InputGeometry选择Line，在列表中选择Line2，然后单击OK按钮4 选择VectorTangent5 选择ScalarIntegrate6 选择OutputEval7 出现-49.98A实际电流的虚部是100cos120=50A计算相位1 选择Exch和Rlup操作，确认计算器顶部为-49.98A，接下来是86.58A2 选择Trig|Atan2，得到相位为120.0004) 计算磁通密度散度（体积分）计算磁通密度的实部分量散度在aux上的体积分1 选择InputQuantityB；2 选择GeneralComplex：Real；3 选择VectorDivg4 选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5 选择ScalarIntegrate6 选择OutputEval7 出现-9.6810-10A计算磁通密度的虚部分量散度在aux上的体积分1 选择InputQuantityB；2 选择GeneralComplex：Imag；3 选择VectorDivg4 选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5 选择ScalarIntegrate6 选择OutputEval7 出现1.6810-9A5) 磁通量的计算（面积分）磁通量实部的计算1 选择InputQuantityB2 选择Vector:Scal?Scalar Y3 选择GeneralComplex：Real；4 选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5 GeneralDomain6 选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮7 选择ScalarIntegrate8 选择OutputEval9 出现5.0610-8Wb磁通量实部的计算1 选择InputQuantityB2 选择Vector:Scal?Scalar Y3 选择GeneralComplex：Imag；4 选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择aux，然后单击OK按钮5 GeneralDomain6 选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择XZ，然后单击OK按钮7 选择ScalarIntegrate8 选择OutputEval9 出现-8.7610-8Wb磁通量的幅度为1.0110-7Wb，进而可以获得导体与积分表面边界构成的矩形环之间的互感为在环内感应电压的幅度为6) 计算总电阻损耗（体积分）-Maxwell_v16_3D_WS02_BasicEddyCurrentAnalysis1 选择InputQuantityOhmic Loss2 选择InputGeometry选择Volume，在列表中选择Disk，然后单击OK按钮3 选择ScalarIntegrate4 选择OutputEval5 得到Disk计算损耗约为270.38W7) 计算磁通量-06_1_maxwell_eddycurrent_Asymmetric_ConductorBz_real1 选择InputQuantityB2 选择Vector:Scal?Scalar Z3 选择GeneralComplex：Real；4 选择GeneralSmooth注意:在特斯拉(Tesla)的单位中，流量密度将默认显示。如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步5 选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:10000；单击OK6 General*7 选择Add和指定名称为Bz_realBz_imag8 选择InputQuantityB9 选择Vector:Scal?Scalar Z10 选择GeneralComplex：Imag；11 选择GeneralSmooth注意:在特斯拉(Tesla)的单位中，流量密度将默认显示。如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6，否则跳到第7步12 选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:10000；单击OK13 General*14 选择Add和指定名称为Bz_imag8) 计算辐射功率-06_2_maxwell_eddycurrent_Radiation_Boundary1 选择InputQuantityE；2 选择InputQuantityH；3 选择GeneralComplex：Conj；4 选择VectorCross5 选择GeneralComplex：Real；6 选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:0.5；单击OK7 选择General*8 选择Add和指定名称为Poynting9) 计算电流（面积分）-07_1_maxwell_transient_reluctance_motor1 选择InputQuantityJ2 选择Vector:Scal?Scalar Z3 选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮4 选择ScalarIntegrate5 选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:150；单击OK6 选择General/7 选择OutputEval8 单击Done10) 计算电流（面积分）-05_3_maxwell_magnetostatic_reluctance_motor1 选择InputQuantityJ2 选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Terminal_A1，然后单击OK按钮3 选择VectorNormal4 选择ScalarIntegrate5 选择OutputEval6 出现通过线圈的电流，等于37507 单击Done11) 霍尔传感器流量密度作为时间的函数（面积分）-07_2_maxwell_transient_rotational_motion1 选择InputQuantityB2 选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮3 选择VectorNormal4 选择Undo5 选择ScalarIntegrate6 选择InputNumber，设置为Type:Scalar；Value:1；单击OK7 选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Sensor，然后单击OK按钮8 选择ScalarIntegrate9 General/10 选择Add11 指定名称为Bsensor12 单击Done12) 通过线圈产生电流，作为时间的函数-07_3_maxwell_transient_translational_motion1 选择InputQuantityJ2 选择InputGeometry选择Surface，在列表中选择Coil_Terminal，单击OK按钮3 选择VectorNormal4 选择ScalarIntegrate5 选择Add6 指定名称为It7 单击Done2.Maxwell 3D:铜线圈涡流分析（1） 启动Workbench并保存1. 在windows系统下执行“开始”“所有程序”ANSYS 15.0Workbench 15.0命令，启动ANSYS Workbench 15.0，进入主界面。2. 进入Workbench后，单击工具栏中的 Fillet命令，Fillet 参数设置：Fillet Radius: 25mm；Setback Distance: 0mm(4) 依次单击DrawBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=94，Y=0，Z=49，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=200，dY=200，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：coil(5) 按 E 键，将体选择改为边选择，选中coil模型的4个竖边，将所选边缘圆滑化，依次选择菜单栏中Modeler Fillet命令，Fillet 参数设置：Fillet Radius: 50mm；Setback Distance: 0mm(5) 选中coil和coilhole模型，依次选择菜单栏中ModelerBooleanSubtract命令，对几何进行减运算，此时弹出Subtract对话框e. 在Blank Parts中选中coil实体f. 在Tool Parts中选中coilhole实体g. 单击OK按钮h. 得到coil模型如下：(6) 单击coil几何实体，使其处于加亮状态，此时左侧会弹出属性对话框，在Material栏中将Value展开选择Edit，选择copper作为线圈的材料。3. 创建相对坐标系选择菜单栏中Modeler Coordinate System Create Relative CS Offset命令，在绝对坐标栏中输入：X=200，Y=100，Z=0，并按Enter键4. 设置激励电流加载面(1) 选中Coil几何，依次单击菜单中的ModelerSurfaceSection命令，在弹出的对话框中选择 XZ并单击OK按钮，此时几何生成截面。(2) 保持截面处于加亮状态，依次单击菜单中的ModelerBooleanSeparate Bodies命令，此时截面被分开。(3) 右击Terminal_Separate1命令，在弹出的快捷菜单中依次选择EditDelete命令。（4） 添加激励3. 在模型树种选中线圈的截面，依次单击菜单中的Maxwell 3DExcitationsAssign Current命令，在对话框中填入以下内容：(9) Name: Current1(10) Value: 2742 A(11) Stranded:Checked(12) 单击OK按钮4. 设置涡流存在区域依次单击菜单中的Maxwell 3D Excitations Set Eddy Effects命令，只勾选Stock： Eddy Effects，然后单击OK按钮。（5） 设置求解域选择菜单栏中DrawRegion命令，在弹出的Region对话框中输入Value=300，并单击OK按钮。（6） 创建哑元DummyDummy技术的优点：只对所关心的局部区域进行加密剖分，提高该区域的计算精度，无需对整个区域进行加密，节约了计算资源。1. 将坐标系改为Global CS2. 依次单击DrawBox命令，创建长方体在绝对坐标栏中输入：X=-3，Y=68，Z=30，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=300，dY=8，dZ=8，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：dummy材料为真空3. 设置Dummy的剖分参数，选中Dummy模型，选择菜单栏中Maxwell Mesh Operations Assign On Selection Length Based命令，此时弹出Element Length Based Refinement对话框，在对话框中填入以下内容：(1) Name:Length1(2) *：Restrict Length Of Elements(3) ：Restrict the Number of Elements(4) Maximum Number of Elements:1000(5) 单击OK按钮4. 选择菜单栏中 Maxwell 3DAnalysis Setup Apply Mesh Operations命令，开始划分网格。（7） 求解计算2. 依次选择菜单栏中Maxwell 3DAnalysis SetupAdd Solution Setup命令，此时弹出Solution Setup对话框，在对话框中设置：(6) Maximum number of passes（最大迭代次数）：10(7) Percent Error（误差要求）:2%(8) Refinement per Pass（每次迭代加密剖分单元比例）:50%(9) SolverAdaptive Frequency（设置激励源的频率）:200 Hz(10) 单击OK按钮。3. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3DValidation Check命令，此时弹出的对话框中，如果全部项目都有P说明前处理操作没有问题；如果有O弹出，则需要重新检查模型；如果有！出现，则不会影响计算。4. 依次选择Maxwell 3DAnalyze All命令，此时程序开始计算。（8） 查看结果（Calculator）使用Calculator计算器绘出线段A（0，72，34），B（288，72，34）上的磁感应强度B的Z向分量实部值，设置Global CS为工作坐标系。1. 依次单击DrawLine命令，绘制线段在绝对坐标栏中输入：X=-0，Y=72，Z=34，并按Enter键在相对坐标栏中输入：dX=288，dY=72，dZ=34，并按Enter键单击几何实体，左侧弹出属性对话框，重命名为：FieldLine2. 计算B的z向分量实部，依次单击Maxwell 3D Fields Calculator命令，在弹出的Fields Calculator对话框中做如下设置：(1) 在Category中选择B(2) 在Vector中选择 Scal? Scalar Z(3) 在General中选择 Complex Real ；单击Smooth(4) 在Input中单击NumberType: ScalarValue: 10000(5) 单击OK按钮 General: * (6) 点击Add，输入Named Expression：Name: Bz_real，然后单击Done按钮3. 依次选择Maxwell 3D Results Create Fields Report Rectangular plot命令，设置如下图，然后点击New Report。4. 绘出stock中的涡流辐值分布：选中stock，依次选择Maxwell 3D Fields Fields J Mag_J命令。5. 绘出stock中的涡流流向图：选中stock，依次选择Maxwell 3D Fields Field