COMSOLMultiphysics仿真步骤

1、COMSOL Multiphysics 仿真步骤1 算例介绍一电磁铁模型截面及几何尺寸如 图 1 1 所示铁芯为软铁磁化曲线(B-H)(B-H)曲线如图 2 2 所示励磁 电流密度 J=250J=250 A/cmA/cm2 2现需分析磁铁内的磁场分布。图 1 电磁铁模型截面图(单位 cm)W(TI-(I Q,i . i:2 5图 2铁芯磁化曲线2 COMSOL Multiphysics 仿真步骤根据磁场计算原理结合算例特点在 COMSOLCOMSOL MultiphysicsMultiphysics 中实现仿真。设定物理场COMSOLCOMSOL MultiphysicsMultiphysic

2、s 4.04.0 以上的版本中在 AC/DCAC/DC 模块下自定 义有 8 8 种应用模式分别 为：静 电场 (es)(es)、电流(es)(es)、电流-壳(ecs)(ecs)、 磁场(mf)(mf)、 磁场和电场(mef)(mef)、 带电粒子追踪(cpt)(cpt)、 电路(cir)(cir)、 磁场- -无电流 (mfnc)(mfnc)。 其中磁场(mef)(mef)是以磁矢势A作为因变量可应用于：1电流分布的 DCDC 线圈；2电流趋于外表的高频 ACAC 线圈；3任意时变电流下的电场和磁场分布；根据所要解决的 问题的特点一一分析磁铁在线圈通电情况下的电磁场分布选择 2 2 维 磁

3、场(mf)(mf)应用模 式稳态求解类型。(2)(2)建立几何模型根据图 1 1 在 COMSOLCOMSOL MultiphysicsMultiphysics 中建立等比例的几何模型如图 3 3 所示。有限元仿真是 针对封闭区域因此在磁 铁外添加空气域包 围磁铁。由于磁铁的磁导率因此空气域的外 轮廓线可以理想地 认为与磁场线迹线重合并 设为磁位的参考点 即(21)(21)式中 L L 为空气外边界。(3)(3)设置分析条件1材料属性本算例中涉及到的材料有空气和磁铁在软件自带的材料 库中选取 AirAir 和 SoftSoft IronIron。对于磁铁的 B-HB-H 曲线在该节点下将已定

4、义的离散 B-HB-H 曲线表单导入其中即可。2边界条件由于磁铁的磁导率因此空气域的外 轮廓线可以理想地 认为与磁场线迹线重合并 设为磁位的参考点 即(21)(21)式中 L L 为空气外边界。为引入磁铁的 B-HB-H 曲线除在材料属性 节点下导入 B-HB-H 表单之外还需在 磁场(mef)(mef)节点下选择 安培定 律 域为“ 2,2,即磁 铁区域在 磁场 本构关系处将本构关系 选择为“阳 曲线。此时即表示将材料 性质表达为磁通密度 B B 的函数也符合以磁矢 势A作为因变量时的表达从而防止在本构关系中定义循环变量。设置窗口如下列图所示。tentenIMIM 日贼：H H HEHE11

5、图 4 磁铁本构关系设置该模型中线圈中励磁 电流密度为 J=250J=250 A/cmA/cm2 2因此在 磁场(mef)(mef)节点下选择两个 外部电流密度 节点分别用于 设置两个线圈的电流密度。根据式(2)(2) 该电流密度因为 z z 轴方向的电流密度且两个 线 圈的电流密度方向 应相反。事先在模型 树下定义参数 J J 表达式为“ 250e4A/cmA2250e4A/cmA2。设置窗口如下 图所* VI IL QJJ 2.(a)线圈1(b)线圈1图 5线圈电流设置(4)(4)网格划分网格节点下直接创立三角形网格结果如下列图所示。图 6 网格划分结果(5)(5)求解 选择 稳态求解模式

6、直接 进行计算。该模型结构比拟简单求解时间为 2 2 s s。4 后处理磁通密度如图 7 7 所示。图 7 面磁通密度分布由图 6 6 可以看出磁通密度主要集中分布在磁铁上在转角处磁通密度 较大图中红色区域；在空气域磁通密度很小。磁通密度等 值分布图如下所示：图 8 磁通密度等值线分布磁通密度方向如下 图所示图中箭头表示磁通密度方向。图 9 磁通密度等值线分布磁力线分布如下列图所示:图 10 磁势分布由图 1010 可看出磁矢 势 A A 围绕线圈在磁 铁中形成闭合曲线图中线的密度形象表示了磁 场的强弱在 转角处的线较稠密。2结论本文在 COMSOLCOMSOL MultiphysicsMultiphysics 中实现了对一简单电磁铁模型磁 场分析并有以下 结论：COMSOLCOMSOL MultiphysicsMultiphysics 中引入 B-HB-H 曲线数据时需指定本构关系中的 设置防止在本构关系中出 现 循环变量；同时需另在 该域上定义安培定律；COMSOLCOMSOL MultiphysicsMultiphysi