ansys电磁分析第二章-3.ppt

第二章第3节 2 D静磁学 2 3 2 求解模型的单位制 SI 分析中使用的单位制为国际单位制 SI 力 牛顿 能量 焦耳 功率 瓦 长度 米 时间 秒 质量 公斤 磁通密度B 特斯拉 磁场强度H 安培 米 电流 安培 电阻率 欧姆 米 电压V 伏 电感L 亨 磁导率 r 亨 米 电容 法拉 2 3 3 基本关系式 B H 其中 r 0 可为单一值 线性 各相同性或正交各向异性Preproc materialprops isotropic 平面属性要求赋予材料质性号 r相对磁导率 2 3 4 可为非线性 以模拟饱和状态BH曲线数据能从ANSYS55材料库中获得缺省的BH材料库在ansys55目录下的matlib子目录中 Preproc materialprops materiallibrary librarypath 通过指定路径可在其它位置得到材料数据 2 3 5 BH数据可用如下方式输入Preproc materialprops materiallibrary importlibrary 选择材料 选择材料属性 选择OK 2 3 6 BH数据生成图形和列表显示 表示在列表显示中的数据点号 材料号 2 3 7 数据也可列成表格 这种表格也能人工制成Utility list properties datatables 选择OK 2 3 8 BH曲线输入指南 数据点 0 0 不要输入定义曲线弯曲处的数据点要密 见M54的数据点 BH曲线要避免生成S形通常M钢定义BH数据到8 000A m数据需要外推这些曲线的 值通常需要附加大量的数据以使得 值由大逐渐变到最终斜率最终斜率为空气值 0 2 3 9 BH数据输入 应用实例 400系列不锈钢输入如下数据 H A m B T 790 0 771575 1 102365 1 307875 1 5015750 1 5631500 1 6347245 1 6678740 1 70 2 3 10 首先定义数据表 然后把BH数据输入数据表中Preproc materialprops datatables define activate 平面属性要求赋予材料号 选择OK 2 3 11 利用编辑激活表格输入BH数据Preproc materialprops datatables editactive 输入数据后 用鼠标点取File Apply Quit图示 Preproc materialprops datatables graph列表 Preproc materialprops datatables list 2 3 12 实际求解需要用到d dB2为避免粗劣的v Yu条件曲线 B2应该是单调的 Utility plot datatables graphNUvs B 2 2 3 13 把该曲线数据放置在库内 以备将来使用 Preproc materialprops materiallibrary exportmaterial 选择文件名 选取生成的BH数据的材料属性 2 3 14 应用实例 轴对称直流致动器 课题描述轴对称线圈为直流供电衔铁居中但悬空在定子上方 分析顺序用axis2d宏建模完成建模后 加边条件求解后处理 力磁动势误差范数电流 磁力线路径图示能量电感 气隙 mm 线圈 部件 衔铁 部件 材料号5 同衔铁 2 3 15 励磁直流施加到线圈 3安培 性质衔铁 定子 上述BH曲线线圈 300匝 26线径 r 1空气 r 1 单位 毫米 mm 2 3 16 对于大多数应用 通常指定电压 线圈电流是算出来的 26线规直径 Dw 0 404mm 在20摄氏度下 铜电阻率 17 14E 9 m 在20摄氏度下 匝数 N 300线圈中径为8mm Rmid 均匀填充圆线圈的电阻为 R 16000N Rmid Dw2R 4 03 对于静态分析 12V电压相应的电流为2 98安 本分析采用3安 2 3 17 参数化建模需要 参数GAP必须定义在命令行输入gap 5并回车 点取OK 选择分网密度Preproc sizecntrl basic 2 3 18 axis2s宏生成模型衔铁单元部件ARMATURE线圈面积参数ACOND线圈单元部件COIL 在ANSYS命令窗口输入axis2s并回车 以建立模型 2 3 19 材料号1为空气完善边界条件通量平行边界条件Preproc loads apply boundary fluxparl lines选择模型边界上的所有线 2 3 20 如下方式定义材料号1 自由空间磁导率 Preproc materialprops isotropic 选择OK 选择OK 2 3 21 给线圈平面加载线圈电流Preproc loads apply excitation currentdensity areas选择线圈平面 选择OK 2 3 22 给衔铁加力边界条件标志Preprocessor Loads Apply Magnetic Flag CompForce 选择OK 用不同的方法计算力 故加载两种标志Maxwell应力张量虚功 选择ARMATURE 2 3 23 选择所有几何和有限元实体进行模拟Solution electromagnetic opt solve选择OK 采用缺省设置进行求解 请确认 2 3 24 磁力线Postproc plotresults 2Dfluxlines注意漏磁位置线圈区定子上角定子与衔铁交界位置 2 3 25 计算力Postproc elec magcalc comp force 轴对称模型只产生垂直方向力定义单元表项FVW Y虚功Y方向力FMX YMaxwell应力Y方向力环状模型力总和 选择OK 2 3 26 用与衔铁邻接的空气单元来计算衔铁力 并显示首先选择空气单元 1 首先选择空气单元 材料属性为1 选择Apply 2 用Num Pick从中选取邻近衔铁面空气单元 用框选取 2 3 27 虚功方法计算垂直力并用等值图显示Postproc plotresults elemtable 在气隙中选取空气单元 选择OK 2 3 28 用路径图示选项 PATH 能获得沿衔铁面的力的分布图必须定义路径Postproc pathoperations definepath bynodes 点取节点2 给一个任意的名字 增加沿路径的数据采样点的数量 点取节点1 选择OK 2 3 29 路径定义信息如下路径内的结果插值是在总体坐标系下 与柱坐标系或其它局部坐标系相比 路径由直线组成 2 3 30 单元表项FVW Y中的力必须插值到路径上Postproc pathoperations mapontopath 任意名 选择ETAB FVW Y 选择OK 2 3 31 将FVW Y沿路径显示Postproc pathoperations plotpathitems ongeometry 路径图示迭加在几何体上 已定义 将路径显示图缩放到一个较好的程度 选择OK 2 3 32 节点 作用在衔铁上的垂直方向力的路径图示 2 3 33 离路径节点节点1的距离 路径上的力 F Y 也能打印输出Postproc pathoperations listpathitems 选择OK 2 3 34 线圈Lorentz力 JxB 选择线圈区域并定义为一个部件 Utility select comp assembly selectcomp assembly选择线圈为Lorentz力定义单元表Postpro elementtable definetable 选择 2 3 35 任意名 作用于整个圆环上的X方向的Lorentz力 选择OK 选择Add 2 3 36 线圈X方向Lorentz力的等值图Postproc elementtable plotelemtable 选择OK 2 3 37 作用在线圈单元上的总力Postpro elementtable sumofeachitem 该操作作用于全部激活单元上相当于360 圆周上的受力力单位为牛顿 N 2 3 38 根据节点磁场值差异估计误差 且作为单元表数据贮存Postpro mag eleccalc erroreval B ERR单位 T H ERR单位 Amps m BN ERR和HN ERR由最大值归一化 2 3 39 BN ERR能用磁力线图进行等值显示图示BN ERR单元表项Postpro elementtable plotelemtable 选择OK激活NOERASE选择Utility plotcntrls eraseoptions 2 3 40 图示磁力线Postpro plotresults 2Dfluxlines选择OK 2 3 41 线性和非线性材料的共能计算Postpro elec magcalc coenergy选择OK 2 3 42 也能计算贮能Postproc elec magcalc energy 注 铁的共能大约是贮能的8倍 表示铁的饱和效应所致 2 3 43 铁单元的磁导率能用等值图显示Postpro elementtable 选择ADD plane53单元在线帮助 选择OK这是绝对磁导率 2 3 44 为了获得相对磁导率 单元表应乘以MUZ系数将自由空间磁导率赋予参数 MUZ 12 57x10 7Postpro elementtable additems 用已有名字 自由空间磁导率参数 不需要第二个单元表项 选择OK 2 3 45 用等值图显示相对磁导率MURPostpro elementtable plotelemtable 注意饱和区 选择tOK 2 3 46 沿闭合线计算磁动势MMF确保整个模型都被激活必须定义围绕线圈的路径Postpro elec magcalc definepath bynodes 选取如图所示的7个节点 可从任一节点开始 路径的最终节点应与起始节点是同一个 跨越空气隙时 气隙两边的铁边界上各选取一个节点 2 3 47 完成路径定义 由于铁与空气的界面处H值不连续 故应增加采样点的数目 选择OK 2 3 48 绕闭合回线计算MMFPostpro elec magcalc MMF选择OK MMF正负号由右手定则决定 路径的反时针方向与线圈电流的方向相反 对于轴对称模型 正电流方向为进行平面方向 2 3 49 为了确定铁芯饱和程度 沿定子的中间部分定义一个路径并计算MMF 选取节点1 选取节点2 MMF 384A t 2 3 50 输入的总安匝数为900 铁芯的中间部位有384安匝 也就是空气隙中只有519安匝 忽略其余铁芯中的磁动势 如果384安匝中的大部分都在空气隙中 磁力会有多大 对于本问题 电磁力至少会增加2倍 可用另一种方法显示这一点 将铁芯的磁导率设为1000 进行线性求解 评述 2 3 51 检查边界条件的