ANSYS电磁场分析指南3D静态磁场分析标量法

1、 第五章-静态磁场分析（标量法）5.1 在3-D静态磁场分析（标量法）中要用到的单元表1三维实体单元：单元维数形状或特性自由度SOLID53-D六面体，8个节点每节点6个：位移、电势、磁标量位或温度SOLID963-D六面体，8个节点磁标量位SOLID983-D四面体，10个节点位移、电势、磁标量位、温度表2三维界面单元单元维数形状或特性自由度INTER1153-D四边形，4个节点磁标量位，磁矢量位表3三维连接单元单元维数形状或特性自由度SOURC363D杆状( Bar)、弧状(Arc)、线圈(Coil)基元3个节点无表4三维远场单元单元维数形状或特性自由度INFIN473-D四边形

2、，4个节点；或三边形，3个节点磁标量位、温度INFIN1113-D六面体，8个或20个节点磁矢量位、磁标量位、电势、温度SOLID96和SOLID97是磁场分析专用单元，SOLID62、SOLID5和SOLID98更适合于耦合场求解。5.2 磁标量位（MSP）法介绍在磁标量位方法中，可使用三种不同的分析方法：简化标势法(RSP)、差分标势法(DSP)和通用标势(GSP)法。·若模型中不包含铁区，或有铁区但无电流源时，用RSP法。若模型中既有铁区又有电流源时，就不能用这种方法。·若不适用RSP法，就选择DSP法或GSP法。DSP法适用于单连通铁区，GSP法适用于多连通铁区。

3、单连通区与多连通区单连通铁区是指不能为电流源所产生的磁通量提供闭合回路的铁区，而多连通铁区则可以构成闭合回路。参见图1(a)、(b)“连通域”。数学上，通过安培定律来判断单连通区或是多连通区，即磁场强度沿闭合回路的积分等于包围的电流（或是电动势降MMF）。因为铁的磁导率非常大，所以在单连通区域中的MMF降接近于零，几乎全部的MMF降都发生在空气隙中。但在多连通区域中，无论铁的磁导率如何，所有的MMF降都发生在铁芯中。5.3 3-D静态磁标势分析的步骤该分析类型与2D静态分析的步骤基本一样：1.建立物理环境2.建模、给模型区域赋属性和分网格3.加边界条件和载荷（激励）4.用RSP、DSP或GSP

4、方法求解5.观察结果创建物理环境首先设置分析参数为“Magnetic-Nodal”，并给出分析题目。然后用ANSYS前处理器定义物理环境包含的项目。即单元类型、KEYOPT选项、材料特性等。3D分析的大部分过程与2D分析一致，本章下面部分介绍3D分析中要特殊注意的事项。· SOLID96单元可为模型所有的内部区域建模，包括：饱和区、永磁区和空气区（自由空间）。对于电流传导区，需用SOURC36单元来表示，关于电流传导区建模，后面有详细讲述。·对于空气单元的外层区域，推荐使用INFIN47单元（4节点边界单元）或INFIN111单元（8节点或20节点边界单元）。INFIN47

5、单元和INFIN111单元可很好地描述磁场的远场衰减，通常比使用磁力线垂直或磁力线平行条件得到的结果更准确。二种单元中，INFIN111更精确一些。·缺省单位制使用MKS单位制(米-千克-秒国际单位制)，可用下列方式改变成其他单位制。一旦选定，所有输入数据都应该使用该单位制。为了方便建模，可以先在其他单位制系统下面建模（如毫米或英寸），然后进行缩放。用下列方式定义单位制：命令：EMUNITGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Electromag Units·根据用户设定的单位制，自由空间的相对导磁率将自动设

6、定：在MKS单位制中，或者根据用命令EMUNIT来设定一个值。 设置GUI菜单过滤如果你是通过GUI路径来运行ANSYS，当ANSYS被激活后第一件要做的事情是选择菜单路径：Main Menu>Preferences，在对话框出现后，选择Magnetic-Nodal。因为ANSYS会根据你选择的参数来对单元进行过滤，选择Magnetic-Nodal以确保能够使用用于3D静态磁场分析的单元。 定义材料属性分析模型可有一种或多种材料区域：空气、导磁材料、导电区和永磁体。每种类型的材料区具有所要求的材料性质。ANSYS材料库自身带有几种磁性材料，可以直接把这些材料性质读入数据库，不用再手动的逐

7、点输入。如有必要，可对它们进行修改，以便与所分析的课题相匹配。在ANSYS材料库中定义的磁性材料如下：材料材料性质文件Copper（铜）emag Copper. SI_MPLM3 steel（钢）emag M3. SI_MPLM54 steel（钢）emag M54. SI_MPLSA1010 steel（钢）emag Sa1010. SI_MPLCarpenter steel（硅钢）emag Silicon. SI_MPLIron Cobalt Vanadium steel（铁钴钒钢）emag Vanad. SI_MPL该表中铜的材料性质定义有与温度有关的电阻率和相对导磁率，所有其他材料的性

8、质均定义为BH曲线。对于列表中的材料，在ANSYS材料库内定义的都是典型性质，而且已外推到整个高饱和区。你所需的实际材料值可能与ANSYS材料库提供值有所不同，因此，必要时可修正所用ANSYS材料库文件以满足用户所需。.1 访问材料库文件：下面介绍读写材料库文件的基本过程。详细参见ANSYS入门指南和ANSYS基本过程手册。读材料库文件，进行以下操作：1. 如果你还没有定义好单位制，用/UNITS命令定义。注意：缺省单位制为MKS,GUI列表只列出当前被激活单位制的材料库文件。2. 定义材料库文件所在的路径。（你需要知道系统管理员放置材料库文件的路径）命令：/MPLIB,read,pathda

9、taGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Library Path3. 将材料库文件读入到数据库中。命令：MPREAD,filename,LIBGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Import LibraryMain Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Other>Change MatProps>Material

10、 Library>Import Library写材料库文件，进行以下操作：1. 用MP命令或菜单Main Menu>Preprocessor>Material Props>Isotropic编辑材料性质定义，然后将改后的材料特性写回到材料库文件当中去。2.在前处理器中执行下列命令：命令：MPWRITE,filename,LIB,MATGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Library>Export Library 定义材料属性和实常数的一般原则下面讲述关于设置物理模型区域的一般原则

11、。在“2-D谐波（AC）分析”一章中详细描述了2-D模型中需要设定的一些特殊区域。.1 空气：说明相对磁导率为1.0。命令：MP,murxGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>MaterialModels > Electromagnetics > Relative Permeability >Constant.2 自由空间导磁材料区：说明B-H曲线，可以从库中读出，也可以输入自己定义的B-H曲线：命令：MPREAD,filename,GUI:Main Menu>Preprocessor>Materi

12、al Props>Material Library>Import Library命令：TB,TBPTGUI:Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve如果该材料是线性的，那么只需说明相对磁导率（对于均匀或者各向异性介质）。如果定义B-H曲线，应满足下列准则，以保证准确地模拟材料属性：* 输入B-H曲线必须要遵守的规则：1. B与H要一一对应，且应B随H是单调递增，如第2章中图1所示。B-H曲线缺省通过原点，即0.0点不输入。用下面的命令验

13、证B-H曲线：命令：TBPLOTGUI: Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models>Electromagnetics>BH Curve2. ANSYS计算的µ-H曲线应该是光滑连续的，可用TBPLOT命令画出µ-H曲线来进行验证（参见图2（b）。B-H曲线应覆盖材料的全部工作范围。如果需要超出B-H曲线的点，程序按固定斜率进行外推处理，固定斜率应等于或者略大于µr，你可以按照如下方式改变X-轴的范围，并用TBPLOT命令画图来观察其外推情况。命令：/XRANGEGUI:

14、 Utility Menu>PlotCtrls>Style>Graphs对于永磁体和非线性各向异性材料，材料特性的输入与2D情况一样。 建立模型ANSYS建模和分网指南对3-D标标量位方法进行磁场分析的建模有详细描述，但是对于电流源的处理有一些特殊考虑。.1 建立电流传导区可以用基元模拟电流传导区域，不需要材料性质。在3D标量位方法分析中，电流源不是有限元模型的一个组成的部分（在2D矢量位方法分析中是一个组成部分）。只需用一个有限元哑元单元，SOURC36，来指明电流源的形状和位置。可以在模型中的任意位置定义线圈、杆状、弧状电流源，电流源的大小和其他电流源数 据可以通过哑元单

15、元的实常数定义给出。图3为用SOURC36原始元表示的一个电流源。注意：即使采用半对称或四分之一对称模型，也要为整个电流源建模。线圈和弧单元的内半径不能设置成为0。因为SOURC36单元并不是一个真正的有限元，只能通过直接生成来定义它们，而不能通过实体建模的方式。命令：NGUI:Main Menu>Preprocessor>Create>Nodes>In Active CSMain Menu>Preprocessor>Create>Nodes>On Working Plane命令：EGUI:Main menu>Preprocessor>

16、;Create>Elements>Thru Nodes命令：EGENGUI:Main Menu>Preprocessor>Copy>Auto Numbered直接生成的电流源单元在屏幕上是不显示的，可通过以下命令显示：命令：/ESHAPE, EPLOTGUI:Utility Menu>PlotCtrls>Style>Size and ShapeUtility Menu>Plot>Elements下面是一个定义电流源的命令流实例：/PREP7ET,2, 36! Current source elementEMUNIT,MKS! MKS

17、units! Define convenient parameters:I=0.025! Current (amps)N=300! TurnsS=0.04! Solenoid lengthR=0.01! Solenoid radiusTHK=0.002! Solenoid thickness!R=2,1,N*1,THK,S! Real constant set 2:coil type, current! thickness, length,CSYS,1! Global cylindrical systemN,1001,R! Nodes for the source elementN,1002,

18、R,90N,1003TYPE,2! AttributesREAL,2E,1001,1002,1003! Element definition/ESHAPE,1/VIEW,1,2,1,.5/VUP,1,Z/TRIAD, LBOT/TYPE,1,HIDPEPLOT关于下列命令的详细描述，参见ANSYS命令手册：ET, EMUNIT, R, CSYS, N, TYPE, REAL,E, /ESHAPE, /VIEW, /VUP, /TRIAD, 和/TYPE 创建3D“跑道型”线圈命令：RACEGUI:Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>

19、Racetrack CoilMain Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation>Racetrack Coil用RACE宏在当前工作平面坐标系定义跑道型线圈电流源。ANSYS程序用SOURC36单元（被指定为另一种单元类型号）生成由棒状、弧状基元构成的电流源。电流方向为工作平面内的逆时针方向。关于RACE宏和跑道型线圈的详细描述，参见第11章。删除独立的SOURC36单元，用EDELE命令（GUI: Main Menu>Delete>Elements）。在删除前，列出所有单元，并选

20、择要删除的单元。用下列方式列出所有的单元：命令：ELISTGUI: Utility Menu>List>Elements>Attribute+RealConstGUI: Utility Menu>List>Elements>Attribute OnlyGUI: Utility Menu>List>Elements>Nodes+AttributesGUI: Utility Menu>List>Elements>Nodes+Attr+RealConst 施加边界条件和载荷.1 3D标量位静态磁场分析加载如果希望分析过程中能进行

21、每步手动控制，那么除了施加边界条件和载荷以外，还需要定义加载步选项。详情参见16章。标量位方法的加载方法与矢量位方法有很大的不同。下列为通过菜单路径定义的边界条件和加载。通过命令方式加载的详情参见16章。通过层叠式菜单可以逐级访问所有加载选项。选菜单路径Main Menu>Solution> -Magnetic-后，ANSYS程序列出一个边界条件分类表，三个加载分类表。可用于3D标量位分析的边界条件和加载如下：-Boundary- -Excitation-Flag-Other-Scalar Poten-(none)1Comp. Force-Magnetic Flux-On Keyp

22、oints-Infinite Surf-On KeypointsOn NodesOn LinesOn NodesOn AreasOn Areas-Maxwell Surf-Flux Parallel On NodesOn Lines-Flux Normal-On AreasOn AreasOn NodesOn Nodes-Virtual Disp-On KeypointsOn Nodes1参见下面“激励”例如，施加磁力线法向条件，选择GUI路径：Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Magnetic->-Boundary-> -

23、Flux-Normal->On Areas在菜单中还可以看到其他可以施加的边界条件和加载，如果它们显示为灰色，则说明在3D静态磁场分析中不可用，或者该单元的KEYOPT选项没有进行相关设置。（在其他ASNSYS磁场分析中这些灰色选项会成为有效选项，在ANSYS程序GUI过滤器进行相关设置。） 边界条件.1 磁标量位用磁标量位(MAG)来说明磁力线垂直、磁力线平行、远场为零、周期性边界条件和外加磁场激励。对每种边界条件MAG的值列表如下：边界条件MAG值磁力线垂直说明MAG=0，用下列方式：命令：DSYM,symmGUI: Main Menu>Solution> -Loads-

24、Apply> -Magnetic-Boundary> -Scalar Poten-Flux Normal-On Nodes.磁力线平行不用说明（自然满足）。远场用INFIN47单元或INFIN111单元。远场零MAG=0。周期性命令：CP或CEGUI:Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Constraint EqnMain Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs外场令MAG等于非零值。激励通过前面提到的SOURCE36号单元定义电流激励，可用RACE定义。 标记

25、.1 部件受力ANSYS程序提供一个自动施加虚位移和Maxwell面标志的宏FMAGBC，可以直接计算力和力矩。将需要进行力和虚位移计算的物体上的单元定义成一个部件（参见CM命令的描述），再用该宏加力标志：命令：FMAGBC, CnameGUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Flag>Comp.Force.2 无限表面标志（INF）不算真实意义的加载，是有限元方法计算开域问题时，加给无限元（代表物理模型最边缘的单元）的标志。 其他加载Maxwell面(MXWF)磁虚位移(MVDI)这两个载荷

26、并不是真正意义上的载荷，与2-D静态磁场分析完全一致。 求解分别介绍三种标量方法的求解过程。 用RSP法求解.1 进入SOLUTION求解器命令：/SOLUGUI: Main Menu>Solution.2定义分析类型命令：ANTYPE,static,newGUI: Main Menu>Solution>New Analysis如果是需要重启动一个分析（重启动一个未收敛的求解过程，或者施加了另外的激励），使用命令ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的结果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB还可用，就可以重启动3-D静

27、态磁场分析。.3 定义分析选项你可选择下列任何一种求解器：·Sparse solver·Frontal solver (缺省值)·Jacobi Conjugate Gradient (JCG) solver·JCG out-of-memory solver·Incomplete Cholesky Conjugate Gradient (ICCG) solver·Preconditioned Conjugate Gradient solver (PCG) ·PCG out-of-memory solver用下列方式选择求解器：

28、命令：/EQSLVGUI:Main Menu>Solution>Analysis Options对于3D模型，推荐使用JCG solver或PCG solver。.4备份用工具条中的SAVE_DB按钮来备份数据库，如果计算机出错，可以方便的恢复需要的模型数据。恢复模型时，用下面的命令：命令：RESUMEGUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db.5 开始求解命令：MAGSOLV(设OPT域为2)GUI: Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analysis-

29、Opt&Solv关于手动执行求解，参见16章。.6 完成求解命令：FINISHGUI: Main Menu>Finish 用DSP法求解只有当模型中有单连通铁区时才建议使用DSP方法。DSP方法中的模型建立与结果观察均与RSP方法一样，只是加载和求解的方式不同。DSP方法需二步求解：·在第一个载荷步中，近似认为铁区中的磁导率无限大，只对空气求解；·在第二个载荷步中，恢复原有的材料特性，得到最终解。按照下列步骤进行求解：1.进入SOLUTION 求解器，如同RSP方法一样，定义分析类型，分析选项，施加载荷。2.备份数据命令：SAVEGUI: Utility Me

30、nu>File>Save as Jobname.db注意：如果在求解后或后处理时，使用BIOT选项并且使用SAVE命令，根据毕奥萨发特定律计算的数据存储在数据库中。但如果执行了退出操作，数据会丢失。若希望退出后，保存这些数据，则在使用SAVE命令后，执行/EXIT,NOSAVE命令。也可以通过执行/EXIT,SOLU命令退出ANSYS程序，并且存储所有求解数据，包括毕奥萨发特计算。否则，在执行RESUME操作后，毕奥萨发特计算的数据会丢失。（结果中为0值）3.定义磁场分析选项，进行两步求解：命令：MAGSOLV(设OPT域为3)GUI:Main Menu>Solution&g

31、t;-Load Step Opts-Magnetics>-Static Analy-Opt and Solv4.完成求解命令：FINISHGUI: Main Menu>Finish 用GSP法求解如果模型中又有多连通铁区又有电流源时，GSP方法是最佳方法。与RSP方法和DSP方法不同的是，GSP方法需三步求解：·在第一个载荷步中，只对铁区求近似解；·在第二个载荷步中，只对空气求近似解；·在第三个载荷步中，计算最终解。按照下列步骤进行GSP方法求解：1.进入SOLUTION 求解器，按照后面讲述的“检查分析结果(RSP, DSP, 或 GSP 方法分析)

32、”，定义分析类型，分析选项，施加载荷。确认铁区中至少一个节点的标量位被定义为0值。2.备份数据命令：SAVEGUI: Utility Menu>File>Save as Jobname.db注意：如果在求解后或后处理时，使用BIOT选项并且使用SAVE命令，根据毕奥萨发特定律计算的数据存储在数据库中。但如果执行了退出操作，数据会丢失。若希望退出后，保存这些数据，则在使用SAVE命令后，执行/EXIT,NOSAVE命令。也可以通过执行/EXIT,SOLU命令退出ANSYS程序，并且存储所有求解数据，包括毕奥萨发特计算。否则，在执行RESUME操作后，毕奥萨发特计算的数据会丢失。（结果

33、中为0值）3.定义磁场分析选项，进行三步求解：命令：MAGSOLV(设OPT域为4)GUI:Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Magnetics>-Static Analy-Opt and Solv4.完成求解命令：FINISHGUI: Main Menu>Finish 计算电感矩阵和磁链使用LMATRIX宏命令可以计算线圈系统的微分电感矩阵和每个线圈中的总磁链。参见ANSYS理论手册命令：LMATRIXGUI：Main Menu>Solution>-Solve-Electromagnet>-Static Analy

34、sis-Induct Matrix计算计算多线圈系统的微分感应矩阵和每个线圈中的总磁链需要多个处理步骤。首先应对线圈单元指定部件名，定义名义电流，然后针对一工作点进行名义求解，详见第11章“磁宏”。 观察结果(RSP, DSP, 或 GSP 方法分析)3-D静态磁场分析（标量位方法）的计算结果包括：·主数据：节点磁标势（MAG）·导出数据：节点磁通量密度（BX,BY,BZ,BSUM）节点磁场强度（HX,HY,HZ,HSUM）节点磁力（FMAG: X,Y,Z分量和SUM）节点感生磁通量（FLUX）等等每种单元都有其他特定的输出数据，详见ANSYS单元手册。计算结果可在通用后处

35、理器中观看：命令：/POST1GUI: Main Menu>General Postproc.1 读入数据若希望在POST1后处理器中查看结果，进行求解后的模型数据库必须存在。同时，结果文件Jobname.RMG也应该存在。方式如下：命令：SETGUI:Utility Menu>List>Results>Load Step Summary如果模型不在数据库中，需用RESUME命令后再用SET命令或其等效路径读入需要的数据集。命令：RESUMEGUI:Utility Menu>File>Resume Jobname.db.2 磁力线用标量位方法计算静态电磁场很

36、难得到磁力线分布，用磁通密度矢量方式显示。.3 矢量显示矢量显示(不要与矢量模式混淆)可以方便地观看一些矢量（如B, H和FMAG）的大小和方向。命令：PLVECTGUI:Main Menu>General Postproc>Plot Results>User-DefinedMain Menu>General Postproc>Plot Results>PredefinedUtility Menu>Plot>Results>Vector Plot对于矢量列表显示，使用下列方式：命令：PRVECTGUI:Main Menu>Genera

37、l Postproc>List Results>Vector DataUtility Menu>List>Results>Vector Data.4 等值线显示等值线几乎可以显示任何结果数据（如磁通密度，磁场强度，总电流密度（JTZ）。命令：PLNSOLPLESOLGUI:Utility Menu>Plot>Results>Contour Plot>Elem SolutionUtility Menu>Plot>Results>Contour Plot>Nodal Solution注意：导出数据（如磁通密度和磁场强度）

38、的等值线显示是在节点上作平均后的数据。在PowerGraphics模式（缺省值）下，可以观察考虑了材料不连续的任何位置的节点平均值.5 带电粒子示踪在ANSYS基本过程指南的“通用后处理器POST1”和“建立几何显示结果”中还详细介绍了怎样以图形的方式显示带电粒子在磁场中的轨迹。.6 列表显示将计算得到的数据结果列表显示：命令：PRESOL,PRNSOL,PRRSOLGUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Element SolutionMain Menu>General Postproc>List Results

39、>Nodal SolutionMain Menu>General Postproc>List Results>Reaction Solu列表显示的数据可以是未排序的，也可用下列命令分别按节点或单元排序：命令：ESORT,NSORTGUI:Main Menu>General Postproc>List Results>Sort ElemMain Menu>General Postproc>List Results>Sort Nodes.7 电磁力如计算前给模型加了前面所述的计算力的边界条件，则可用FMAGSUM命令将作用到部件上的Max

40、well力和虚功力求和：命令：FMAGSUMGUI: Main Menu>General Postproc>Elec&Mag Calc>-2D and 3D-Comp.Force· Maxwell力是对所有曾加过MXWF面标志的单元计算的磁力，先选择这样的单元，再用下列命令可看详细的Maxwell力数据：命令：FRNSOL,fmagGUI: Main Menu>General Postproc>List Results>Nodal Solution只有对这些力求和才能得到合力，这需要先用ETABLE命令将Maxwell力数据读入到单元表中，

41、然后再用SSUM命令求和：命令：ETABLEGUI: Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table命令：SSUMGUI:Main Menu>General Postproc>Element Table>Sum of Each Item·虚功力是对其周围的空气元加了MVDI标志的物体计算的磁力，可通过单元的NMISC记录号获得有关虚功力的详细信息：命令：PRETABGUI: Main Menu>General Postproc>Element Table>List Ele

42、m Table.8 其他感兴趣项的计算在后处理中，从数据库获得的数据，你能计算许多其他感兴趣的项目。ANSYS提供下面的宏命令自动地执行计算：·EMAGERR宏在电磁或静电场分析中计算相对误差·SENERGY宏计算存储磁能·MMF宏沿一路径计算磁动势关于这些宏请详见本手册第11章或ANSYS命令手册。5.4 算例-3D静态磁分析例题 问题描述本例计算螺线管（如图4所示）衔铁所受磁力和线圈电感，线圈为直流激励，产生力驱动衔铁。线圈电流为安，500匝。由于对称性，只分析第一象限的1/4模型。.1 材料性质空气相对磁导系数为1.0磁极和衔铁曲线数据如下（工作范围0.7）

43、：B(T)H(A/m)B(T)H(A/m)0.703551.7576500.804051.80101000.904701.85130001.005551.90159001.106731.95211001.208362.00263001.3010652.05329001.3512202.10427001.4014202.15617001.4517202.20843001.5021302.251100001.5526702.301350001.6034802.412000001.6545002.694000001.7059503.22800000 .2 方法与假定本分析使用智能网格划分（

44、LVL=8），实际工程应用中采用更细网格（LVL=6）。设定全部面为通量平行，这是自然边界条件，自动得到满足。为避免出现病态矩阵，要把其中一个节点施加约束，即Mag=0。.3 希望的计算结果虚功力(z方向) = -11.928 NMaxwell力(z方向) = -11.214 N电感= 0.012113 h计算结果要乘以4，因为是采用的1/4对称模型。X,Y方向的力不作计算。关于本例题的详细描述，参见Gyimesi, M. and Ostergaard, D., "Non-Conforming HexahedralEdge Elements for Magnetic Analysis

45、," IEEE Transactionson Magnetics, Vol. 34, No. 5 (1998). GUI实现步骤 1: 开始分析1.激活ANSYS程序.2.选择Run Interactive Now.3.当GUI界面出现后，选择Utility Menu> File>Change Title. 4.输入标题“3-D Static Force Problem - Tetrahedral”5.点击OK.6.选择Main Menu>Preferences. GUI参数选择对话框出现。选择Electromagnetic: Magnetic-Nodal. 点击O

46、K.步骤2: 定义分析参数1.选菜单路径Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters.2.输入下列参数值.(输入完毕敲击ENTER)n = 500 (线圈匝数)i = 6 (每匝电流)3.点击Close步骤 3: 定义单元类型1.选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete. 2.点击Add. 3.在滚动栏, 点击Magnetic Scalar和Scalar Brick 96 (SOLID96).4.点击OK.5.点击Close步骤 4: 定义空气和钢的材料属性1.

47、选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models.2.在材料窗口,依次双击以下选项: Electromagnetics, Relative Permeability, Constant. 3.MURX (Relative permeability)输入 1,点击OK.在定义材料的窗口的左边区域显示的材料号为1.4.选择Material>New Model. 点击OK以定义2号材料. 在定义材料的窗口的左边区域显示的材料号为2.5.在定义材料的窗口双击B-H curve.6.输入钢的H和B值, 若要增加更多的值

48、，移动光标到最低行，然后点击Add Point . 点击OK.7.选择 menu path Edit>Copy. 选择 2作为源材料号，输入3 作为目标材料号，点击OK. 在定义材料的窗口的左边区域显示材料号为3.8.选择菜单路径Material>Exit9.点击ANSYS Toolbar的SAVE_DB.步骤 5: 建立电极模型1.选择Utility Menu>PlotCtrls>Numbering.2.点击Volume.3.点击OK.4.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Bloc

49、k>By Dimensions.5.在"X coordinates" 区域, 输入 0 和 63.5;在"Y coordinates"区域, 输入 0 和 25/2; 在"Z coordinates" 区域, 输入 0 和 25.6.点击OK.7.选择Utility Menu>PlotCtrls>Pan, Zoom, Rotate.8.点击Iso键, 再点击Close.9.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By

50、Dimensions. 10.在 "X coordinates" 区域, 输入 38.5 和 63.5; 在 "Y coordinates" 区域, 输入 0 和 25/2; 和在 "Z coordinates" 区域, 输入 25 和 125.11.点击 OK. 12.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By Dimensions. 13.在 "X coordinates" 区域, 输入 13.5 和 63.5

51、; 在 "Y coordinates" 区域, 输入 0 和 25/2; 在 "Z coordinates" 区域, 输入 125 和 150.14.点击OK.15.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Glue>Volumes. 16.点击Pick All.步骤 6:建立衔铁、空气的几何模型并压缩编号1.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By Dimens

52、ions.2.在 "X coordinates" 区域, 输入 0 和 12.5; 在 "Y coordinates" 区域, 输入 0 和 5;在 "Z coordinates" 区域, 输入 26.5 和 125.3.点击 OK. ANSYS 图形输出窗口显示电极体和衔铁体(volume 1).4.选择Utility Menu>Plot>Volumes.5.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Block>By Dimension

53、s. 6.在 "X coordinates" 区域, 输入 0 和 13; 在 "Y coordinates" 区域, 输入 0 和 5.5; and 在 "Z coordinates" 区域, 输入 26 和 125.5.7.点击 OK. ANSYS 图形输出窗口显示电极、衔铁及周围空气组成的实体.8.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Overlap>Volumes. 9.点取 (或在input窗口输入)体 1 和 2.10.点击OK.

54、11.选择Utility Menu>Plot>Volumes.12.选择Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers.13.在"Item to be compressed (Label)"区域设置为Volumes.14.点击 OK.15.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create> -Volumes-Cylinder>Partial Cylinder.16.设置下列值. 完成后点击OK"Rad-1"

55、; 域：0"Theta-1"域：0"Rad-2"域：100"Theta-2"域：90"Rad-1" 域：017.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Operate> -Booleans-Overlap>Volumes. 18.点击 Pick All.19.选择Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers. 20.确认"Item to be compressed (L

56、abel)" 区域设置为Volumes.21.点击 OK.22.点击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB.步骤 7: 设置几何体的属性1.选择Utility Menu>PlotCtrls>Pan, Zoom, Rotate.2.旋转模型，以便于拾取电极和衔铁3.关闭Pan-Zoom-Rotate对话框.4.选择Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Volumes.5.点击(或者在input窗口中输入)衔铁(volume 1).6.点击OK.7.改变"Material Numbe

57、r (MAT)"区域设置为 3.8.点击OK.9.选择Main Menu>Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Volumes. 10.点击(或者在input窗口中输入)电极实体(volumes 3, 4, 和 5).11.点击OK. 12.改变"Material Number (MAT)"区域设置为213.点击OK.步骤 8: 划分模型1.选择Utility Menu>Select>Everything.2.选择Main Menu>Preprocessor>MeshTool. 弹出

58、MeshTool菜单3.点击SmartSizing.设置 SmartSizing滑动条为8.(对于实际工程问题，选更精细的等级，比如为 6.)4.确认在MeshTool中设置为Volumes, Tet, 和Free.5.点击 MESH.6.点击 Pick All. 窗口中显示划分后的网格.如果在这个过程中出现提示询问要不要继续进行，则点击 Yes.关闭出现的警告信息。点击 Close 关闭MeshTool.7.选择Utility Menu>PlotCtrls>Numbering. 对"Elem/Attrib numbering," 选择材料号. 对"N

59、umbering shown with," 选择Colors only. 点击 OK.8.选择Utility Menu>Plot>Elements.步骤 9: 把衔铁（Armature）定义为一个部件（Component）并施加力标志1.选择Utility Menu>Select>Entities. 2.设置顶上的空格中为Elements，第二个空格为By Attributes, 确认是按材料号选择。设置"Min,Max,Inc"区域为3.3.点击 OK.4.选择Utility Menu>Select>Comp/Assembly

60、>Create Component. 5.在 "Component name" 区域输入“arm”并设置"Component is made of" 区域为“Elements”.6.点击OK.7.选择Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply> -Magnetic-Flag>Comp. Force/Torque. 8.在"Component name"区域中选择“arm”.9.点击OK. 出现一个消息框，提示为“force boundary conditions have been applied”.10.读完提示后，点击Close.11.点击ANSYS Toolbar 中的SAVE_DB.步骤 10: 转换模型单位制为米1.选择Utility Menu>Select>Everything.2.选择Main Menu>Pr