ansys电磁场分析教程chapter-2-3.ppt

1、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: S I,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 Preprocmaterial propsisotropic,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

2、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.material propsmaterial librarylibrary path,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 Preprocmaterial propsmaterial libraryimport library,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 Utilitylistpropertiesdata

3、 tables,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8,000 A/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. 0.77 1575. 1.10 2365. 1.30 7875. 1.50 15750. 1.56 31500. 1.63 47245. 1.66 78740. 1.70,2.3-10,首先定义数

4、据表，然后把BH数据输入数据表中 Preproc material propsdata tablesdefine/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 material propsdata tablesedit active,输入数据后，用鼠标点取 FileApply/Quit 图示: Preprocmaterial propsdata tablesgraph 列表: Preprocmaterial propsdata tableslist,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，

5、- B2 应该是单调的。 Utilityplotdata tablesgraph NU vs. B*2,2.3-13,把该曲线数据放置在库内 ，以备将来使用。 Preproc.material propsmaterial libraryexport material,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

6、 (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 .404 mm (在20摄氏度下) 铜电阻率 () = 17.14 E-9 - m（在20摄氏度下） 匝数 (N) = 300 线圈中径为8 mm (Rmid) 均匀填充圆线圈的电阻为： R = 16000 N Rmid / Dw2 R = 4.03 对于静态分析，12 V 电压相应的电流为2.98安，本分析采用3安

7、。,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 Preprocsize cntrlbasic,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 Preprocloadsapplyboundary-flux par l-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） Preprocmaterial pr

8、opsisotropic,选择OK,选择OK,2.3-21,给线圈平面加载线圈电流 Preprocloadsapply excitation-current density-areas 选择线圈平面,选择 OK,2.3-22,给衔铁加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force,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 Solutionelectromagneticopt&solve 选择 OK（采用缺省设置进行求解）,

9、请确认,2.3-24,磁力线 Postprocplot results2D flux lines 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 Postprocelec&mag calccomp.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_Y Maxwell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

10、力并用等值图显示 Postprocplot resultselem table,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 Postprocpath operationsdefine pathby nodes,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 Postprocpath operationsmap o

11、nto path,任意名,选择 ETAB.FVW-Y,选择OK,2.3-31,将FVW_Y沿路径显示 Postprocpath operations -plot path items- on geometry,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 Postprocpath operationslist path items,选择OK,2.3-34,线圈Lorentz力（J x B） 选择线圈区域并定义为一个部件。 Utilit

12、yselectcomp/assemblyselect comp/assembly 选择线圈 为Lorentz 力定义单元表 Postproelement tabledefine table,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 Postprocelement tableplot elem table,选择 OK,2.3-37,作用在线圈单元上的总力 Postproelement tablesum of each item,该操作作用于全部激活单元上 相当于360圆周上的受力

13、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 Postpromag&elec calc error eval,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 Postproelement tableplot elem table,选择 OK 激活NOERASE 选择 Utilityplot cntrlserase options,2.3-40,图示磁力线 Postproplot results2D flux line

14、s 选择OK,2.3-41,线性和非线性材料的共能计算 Postproelec&mag calccoenergy 选择OK,2.3-42,也能计算贮能 Postprocelec&mag calcenergy,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 Postproelement table 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=12.57x10-7 Postproelement tableadd items,用已有名

15、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MUR Postproelement tableplot elem table,注意饱和区,选择t OK,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 Postproelec&mag calcdefine pathby nodes,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

16、闭合回线计算MMF Postproelec&mag calcMMF 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 = -384 A-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,检查边界条件的正确与否非常重要