ansys电磁场仿真分析教程.ppt

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1、1-1,目录,第一章 电磁场仿真简介 第二章 二维静态分析 第1节 第2节. 第3节. 第4节 第5节 第三章 二维谐波和瞬态分析 第1节. 第2节. 第四章 三维电磁场分析 第1节. 第2节. 第3节. 第4节. 第5节. 第五章 耦合场分析概况,1-4 2.1-1 2.2-1 2.3-1 2.4-1 2.5-1 3.1-1 3.2-1 4.1-1 4.2-1 4.3-1 4.4-1 4.5-1 5-1,1-2,第一章,教程综述,1-3,ANSYS/EMAG能用于模拟工业电磁装置 电磁装置当然是3维，但可简化 为2维模型 。 模拟可考虑为： 稳态 交流（谐波） 时变瞬态 阶跃电压 PWM(脉

2、宽调制） （Pulse Width Modulation) 任意,1-4,利用轴对称衔铁和平面定子设计致动器的一个实例 衔铁旋转 衔铁气隙可变化 完整模型由2个独立部件组成 衔铁模块 定子模块,执行: solen3d.avi看动画,1-5,模拟过程概述,利用如下方式观察装置 2D与3D 平面与轴对称 利用轴对称平面简化模型 定义物理区域 空气，铁，永磁体等等 绞线圈，块导体 短路，开路 为每个物理区定义材料 导磁率（常数或非线性） 电阻率 矫顽磁力，剩余磁感应,衔铁,线圈,锭子,实体模型,1-6,建实体模型 给模型赋予属性以模拟物理区 赋予边界条件 线圈激励 外部边界 开放边界 实体模型划分网

3、格 加补充约束条件（如果有必要） 周期性边界条件 连接不同网格,有限元网格,1-7,进行模拟 观察结果 某指定时刻 整个时间历程 后处理 磁力线 力 力矩 损耗 MMF（磁动势） 电感 特定需要,1-8,模拟由3个区域组成 衔铁区: 导磁材料 导磁率为常数（即线性材料） 线圈区: 线圈可视为均匀材料. 空气区:自由空间 (r = 1) .,衔铁,线圈,1-9,性质 柱体: r = 1000 线圈: r = 1 匝数: 2000 (整个线圈) 空气: r = 1,激励 线圈励磁为直流电流: 2 安培,单位 (mm),衔铁,Coil,长度=35,Y,X,模型 轴对称,材料号 2,材料号3,1-10

4、,建模 设置电磁学预选项（过滤器） 对各物理区定义单元类型 定义材料性质 对每个物理区定义实体模型 铁芯 线圈 空气 给各物理区赋材料属性 加边界条件,1-11,设置预选过滤掉其它应用的菜单 Main menupreferences,选择OK,1-12,定义所有物理区的单元类型为 PLANE53 PreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete 选择 Add 选择磁矢量和8节点53号单元 选择 OK,1-13,模拟模型的轴对称形状 选择Options（选项） Element behavior（单元行为） 选择 Axisymmetric（轴对称） 选择OK,1-14

5、,定义材料 PreprocessorMaterial PropsIsotropic,定义空气为1号材料(MURX = 1),选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）,选择OK,1-15,定义衔铁为2号材料,选择OK,选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）,1-16,定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1),选择 OK,选择 OK (退出材料数据输入菜单）,1-17,建立衔铁面 PreprocessorCreateRectangleBy Dimensions,选择Apply (重复显示和输入) 建立线圈面,选择 Apply,利用TAB 键移动输入窗口,1-18,建立

6、空气面,选择 OK,到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起来.,衔铁,线圈,1-19,用Overlap迫使全部平面连接在一起 PreprocessorOperate OverlapAreas 按Pick All,现在这些平面被连接了，因此当生成单元时，各区域将共享区域边界上节点,这种操作后，原先平面被删除，而新的平面被重新编号,1-20,这些平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas 用鼠标点取衔铁平面 选择OK (在选取框内） 材料号窗口输入2,选择 OK,对于没有明确定义属性的面，其属性缺省为1,1-21,这些

7、平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas 选取线圈平面 （在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入3,点 OK,1-22,加通量平行边界条件 Preprocessorloadsapply-magnetic-boundary-flux-parl 选On Lines并选取相应的线 选 OK,“所选取的线”,“所选取的线”,注：未划分单元前，加上这种边界条件,1-23,生成有限元网格 利用智能尺寸选项来控制网格大小 Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-smartsize-basic,选择OK,1

8、-24,Preproc-Meshing-Mesh-Areas-Free 在选取框内选择ALL 选择OK 打开绘制单元的材料属性 UtilityPlotCtrlsNumbering,选择 OK,1-25,力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元 把衔铁定义为一个单元组件 选择衔铁平面 Utilityselectentities,用此选项在图形窗口中选择平面,再次选择用APPLY,一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）,1-26,选择与已选平面相对应的单元,选择 OK 图示衔铁单元 Utilityplotelements,衔铁单元,用“面”,1-27,使单元与衔铁组件联系起来 Ut

9、ilitySelectComp/AssemblyCreate Component,选择 OK,1-28,加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force,选择OK,施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 Maxwells 应力张量 虚功,即使只有一种选项，也要鼠标选取,1-29,以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数 =.001) 使整个模型激活 UtilitySelectEverything 缩放平面-不用拷贝 Preprocoperatescaleareas,选择 OK,1-30,给线圈平面施加电流密度

10、选择线圈平面 UtilitySelectEntity,选择OK ( 实体选择框) 选择线圈平面 选择 OK (选取框内),1-31,激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积. PreprocessorOperateCalc Geometric ItemsOf Areas 选择OK 要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREA UtilityParameterGet Scalar Data,选择 OK,1-32,下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入,去掉面号（如果有的话）,这相应于几何面积总和,选择 OK,1-33,把电流密度加到平面上 PreprocessorLoadsA

11、pplyExcitationOn Areas (因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择Pick All）,选择 OK,1-34,进行计算 Solu-solve-electromagnetOpt & Solve,选择OK,这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略,1-35,生成磁力线圈 Postprocplot results2D flux lines 选择 OK,使用缺省设置，选择OK, （在通常情况下，可这样做）,单元边缘围绕的一个红色输廓表示该区域为同类材料号,1-36,计算力 PostprocElec&Mag CalcComp. Force,选择 OK,衔铁上力是在总体坐标系下表示

12、的，此力的方向为使气隙缩小,必须用鼠标选取,1-37,显示总磁通密度值 (BSUM) PostprocPlot ResultsNodal Solution,选择 OK,1-38,第二章 第2节,二维静磁学,1-39,EMAG 模拟的概念,模型边界条件有: 磁通量垂直 磁通量平行 周期性对称 * 偶对称 奇对称 根据单元方程式施加边界条件 矢量(2D 或3D) 标量 (3D) 基于单元边 (3D) *在第2章来讨论,简单励磁的平面模型,A,A,B,B,线圈 (象征性的),铁芯,空气,1-40,在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法(MVP) 此公式称为MVP ，磁通量密度(B) 等于矢量

13、势(A) 的旋度 B = Curl(A) 对于二维情况，A只有Z方向分量，在ANSYS中表示为“AZ” 自由度 模型有二种边界条件描述 -Dirichlet条件（AZ约束） : 磁通量平行于模型边界 Neumann 条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型边界,1-41,沿A-A 通量平行边界条件需满足： 模型中A-A 的左边和右边是相同的 几何形状相同 材料属性相同 左边和右边励磁相位差180度（即方向相反） 对称平面边界条件 沿A-A必须加约束,B,B,（1/2）对称模型,Pole Face,A,A,Preproc.loadsapplyboundaryflux parllines,1-42,

14、半对称模型与全模型比较： 磁通量密度是相同的 线圈上Lorentz 力是相同的 贮能为 1/2 极面上力为 1/2 加载电流密度与全模型相同,线圈 (象征性的),简单导磁体的半对称模型,1-43,沿B-B磁通量垂直边条件需满足 B-B线上下两边如下参数是相同的 几何形状 材料性质 B-B线上下两边励磁相同 对称面 (B-B)边界条件 2D磁矢量势(MVP)方式，无须处理 加载电流与全模型相同,Quarter symmetry model of the simple magnetizer,B,B,1-44,1/4模型与全模型比较 磁通密度分布相同 贮能为1/4 所示线圈上的Lorentz力 1/

15、2 作用在极面上力为1/2,励磁体1/4对称模型,B,B,1-45,单元plane13 and plane53 用于模拟2D磁场 Plane13: 4 节点四边形 耦合场自由度：温度，结构，磁 电源为Z方向 B 为线性变化 适用于：,Plane13,变压器 汇流排 传感器 线性或任意 永磁系统,螺线管磁体（致动器） 直线或旋转电机 负载机械 机械力矩,1-46,plane53: 8 节点，四边形 耦合场自由度: 磁 与电路单元耦合 电流为 Z 方向 B 可为二次非线性变化 通常情况下的推荐使用单元 适用于精度要求较高的分析 场量分析 大型机械力矩,中节点,1-47,定义Plane13的单元类型

16、和单元选项 Preprocelement type add/ edit/delete 选择ADD 选择Plane13,用单元类型号给平面赋属性,选择OK,1-48,一旦定义单元类型，要选择单元 选项 单元选项控制: 2D直流模拟为AZ自由度 2D 模拟型式 轴对称 平面 点取单元选项,1-49,几何体型式,用于直流模拟,选择 OK,用于定义平面属性的参考号,因为plane13 用于耦合场模拟，故该单元可以具有应力/应变结构选项,1-50,平面与轴对称比较 端部效应 平面: 不包括 轴对称: 自动包括 正向电流方向相反,线圈 两种情况都是施加正向电流,铁板,磁流密度矢量显示,铁环,轴对称: +Z

17、 电流方向进平面,平面: +Z 电流方向出平面,1-51,磁力线描述 平面: AZ等值线 轴对称: r AZ 等值线,电枢,线圈,定子,平面或 轴对称 ?,平面或 轴对称 ?,1-52,力、能量、电感的描述 平面: 单位长度 轴对称: 整个圆周上的值 力: 轴对称: 无有效径向力（相互平衡） 单位弧度力不为零（曲度线圈）,1-53,定义Plane53的单元类型和选项 Preproc.element typeadd/ edit/delete 选择 Add 选择 8节点Plane53,增加单元类型号以给平面赋属性,选择 OK,1-54,定义单元类型后选择单元选项 单元选项控制: 绞线圈电压加载选项

18、 * 连接电路单元与有限元区* 模拟运动体的自由度,*包括交流分析,plane53单元模拟运动导体示图,选择OK,1-55,考虑速度效应时，要求增加输入信息 在实常数中定义。选择单元选项后，定义实常数是很方便的 Preprocreal constants.,选择,1-56,平面属性要求实常数设置号,速度单位: 米/秒 角速度单位: 弧度/秒,选择 OK,平面属性要求赋予单元类型号数,1-57,第二章 第 3节,2-D静磁学,1-58,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（

19、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）,1-59,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,1-60,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.material propsmaterial librarylibrary path,通过指定路

20、径可在其它位置得到材料数据,1-61,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,1-62,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,1-63,数据也可列成表格. 这种表格也能人工制成 Utilitylistpropertiesdata tables,选择OK,1-64,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

21、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),1-65,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. 1.70,1-66,首先定义数据表，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,1-67,利用编辑激活表格输入BH数据 Preproc m

22、aterial 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,1-68,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。 Utilityplotdata tablesgraph NU vs. B*2,1-69,把该曲线数据放置在库内 ，以备将来使用。 Preproc.material propsmaterial library

23、export material,选择文件名,选取生成的BH 数据的材料属性,1-70,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),1-71,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),1-72,对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流是算出来的.

24、 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。,1-73,参数化建模需要： 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,1-74,axis2s宏生成模型 衔铁单元部件ARMATURE 线圈面积参数ACOND 线

25、圈单元部件 COIL,在ANSYS命令窗口输入axis2s并回车，以建立模型,1-75,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,1-76,如下方式定义材料号 1（自由空间磁导率） Preprocmaterial propsisotropic,选择OK,选择OK,1-77,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,1-78,给衔铁加力边界条件标志 Preprocesso

26、rLoadsApply-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,1-79,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）,请确认,1-80,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,1-81,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

27、_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,1-82,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,1-83,虚功方法计算垂直力并用等值图显示 Postprocplot resultselem table,在气隙中选取空气单元,选择OK,1-84,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,

28、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,1-85,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,1-86,单元表项FVW_Y 中的力必须插值到路径上 Postprocpath operationsmap onto path,任意名,选择 ETAB.FVW-Y,选择OK,1-87,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,1-88,节点,作用

29、在衔铁上的垂直方向力的路径图示,1-89,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,1-90,线圈Lorentz力（J x B） 选择线圈区域并定义为一个部件。 Utilityselectcomp/assemblyselect comp/assembly 选择线圈 为Lorentz 力定义单元表 Postproelement tabledefine table,选择,1-91,任意名,作用于整个圆环上的 X 方向的Lorentz 力,选择 OK,选择 Add,1-92,线圈X方向 Lore

30、ntz 力的等值图 Postprocelement tableplot elem table,选择 OK,1-93,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 力单位为牛顿: N,1-94,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,1-95,BN_ERR 能用磁力线图进行等值显示 图示 BN_ERR单元表项 P

31、ostproelement tableplot elem table,选择 OK 激活NOERASE 选择 Utilityplot cntrlserase options,1-96,图示磁力线 Postproplot results2D flux lines 选择OK,1-97,线性和非线性材料的共能计算 Postproelec&mag calccoenergy 选择OK,1-98,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,1-99,铁单元的磁导率能用等值图显示 Postproelement table 选择ADD

32、,plane53 单元在线帮助,选择 OK 这是绝对磁导率,1-100,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,用已有名字,自由空间磁导率参数,不需要第二个单元表项,选择OK,1-101,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,1-102,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 node

33、s,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,1-103,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,1-104,绕闭合回线计算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）,1-105,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,1-106,输入的总安匝数为900，铁芯的中

34、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,1-107,检查边界条件的正确与否非常重要 模型边界磁力线的检查 通量平行（用磁力线图检查） 通量垂直（用磁力线图检查） 电流观察 选择线圈组件 Postproelec&mag calccurrent 选择OK,1-108,对于线性系统: Postproelec&mag calcTerminal par 对于非线性系统一两种理论选项 割线定义 增量定义 简易割

35、线计算 利用共能 (C) ， L = 2 Ci2 ， 仿照电机计算 更精确的方法: LMATRIX 宏 Solumagneticinductance 见帮助文档中的说明和实例,电感计算,1-109,第二章 第4节,二维静磁学,1-110,永磁体,线性永磁体 感应曲线为线性 可模拟大部分稀土磁体 计算需要有“感应曲线” 要求两种材料性质 相对磁导率 r 各向同性 正交各向异性 矫顽磁力 Hc 矢量值 利用单元坐标系定义材料性质 缺省: 总体直角坐标系,H (Amp/m),B(T),Br,Hc,固有曲线,感应曲线,第二象限曲线图,稀土磁体典型曲线,1-111,r 和Hc 可以是随温度变化 磁化方向

36、 平行/垂直于磁体中心线 相对于某中心点径向/环向 材料库中不提供r 和 Hc的缺省值。 现代技术的进步使磁体性能不断提高,年代,1-112,相对于直线感应曲线的磁体只要求Hc和一个单值的磁导率 对于永磁材料，为了改善精度，利用剩磁感应密度(Br) 和Hc 来计算磁导率,r = Br /(0 Hc),为使用方便，自由空间磁导率参数MUZ可以在命令窗口输入 MUZ=acos(-1) * IE-7 缺省值时，角度的单位为弧度。用SIN或COS 函数来计算Hc的分量时，常用“度”单位。因此角度的单位要变换： Utilityparametersangular units,选择 OK 在输入窗口中输入H

37、C*COS(60) 来代替数值输入,1-113,各向同性 单元坐标系缺省为总体直角坐标系 Preprocmaterial propsisotropic,材料 2,磁化方向平行于总体坐标+ X 方向 Br = 1T Hc=700,000 A/m,空气,选择 OK,选择 OK,1-114,正交各向异性 单元坐标系缺省为总体直角坐标系 Preprocmaterial propsorthotropic,材料 2 磁化方向为总体坐标+X 方向反时针旋转60 度 Br=1 Hc=700,000 A/m,选择 OK,选择 OK,1-115,Hc值仍然为700,000 A/m Hc是在总体直角坐标下表示的 由

38、于模型对称， B的最大值不变,材料 2,1-116,问题描述 平面，园环磁体 磁体四极设置在磁体外圆圈上 磁化方向为极向（柱坐标系） 分析目的 模拟磁化特性,S,N,应用永磁体,S,N,磁极中心（象征性的）,1-117,属性 磁体: Hc = 50,000 A/m Br = 850 Gauss 尺寸: 内径 = .5 cm 外径 = 1 cm 励磁: 没有,永磁体,1-118,对称条件 只需模拟一个磁极 边界条件 侧边: 通量平行 外半径: 通量垂直 为了确定外半径上的磁极中心，需要定义一个局部坐标系，该局部坐标系的X轴为总体X轴反时针旋转45度,通量平行条件,磁极中心,1-119,输入cir

39、1pole.mac宏建立模型 定义材料2的磁体性质 Preprocmaterial propsorthotropic,材料 2,材料 1,选择 OK,1-120,输入Y方向磁体属性（柱坐标系的切线方向，该坐标系待后定义）,选择OK,选择OK 输入空气的各向同性磁导率（材料1） Preproc.material propsisotropic,选择OK,1-121,在外半径上离总体坐标系+X 轴45度处，定义局部坐标11 Utilityworkplanelocal coord. systemscreate local CSat specified loc,在ANSYS输入窗口中，利用外半径0.01

40、，角度45，输入局部坐标系原点位置坐标 回车（键盘） 在建立局部坐标系框内选择OK,1-122,定义了局部坐标系11后，在单元图上会显示其标志,11号局部极坐标系，其与磁极中心相对应,1-123,输入11以标志该坐标系,选择坐标系的类型,在命令行输入的参数表达式的结果,选择 OK,1-124,磁体单元的单元坐标系(ESYS) 属性相应于11号局部坐标系 改变单元坐标系 通过材料属性(2)选择磁体单元 Utilityselectentitieselementsby attributesmaterial 2 Preprocmove/modifymodify attrib 在选择框内选择“Pick

41、All”,选择 OK,1-125,在模型侧边施加通量平行边界条件. Preprocloadsapplyboundary-flux parl-on lines 进行求解 Soluelectromagneticopt&solv,1-126,图形显示磁力线 观察通量平行边界条件 在磁体平面内磁力线呈圆形性质 由于磁体磁导率低而产生漏磁,1-127,利用磁通密度的矢量图能观察场量的大小和方向,选择 OK,1-128,磁通密度B的方向相应于MGYY和11号坐标系正切向,1-129,磁体非线性感应曲线也能用于模拟. MGXX, MGYY 视为线性磁体输入 感应曲线用与非永磁体材料相同的方法输入 感应曲线的

42、输入值被偏置一个Hc 值,Br (T),B (T),Hc (Amp/m),H (Amp/m),1-130,Hc = 50,400 (Amp/m) 单位: H(Amp/m) & B (T),ALNICO 5 系列材料实例,输入数据的BH曲线,1-131,最后数据点所对应的H值应于比Hc大 最末斜率接近于自由空间的磁导率 第一个数据点并不是原点（即（0，0）点不需要输入）,观察结果,1-132,第二章 第5节,二维静磁学,1-133,耦合和约束方程,应用 问题描述 平面磁性离合器 六极装置 平行磁化 分析目的 利用奇对称周期性条件来模拟1/6模型 计算图示状态的力矩,定子,磁性离合器,转子,1-1

43、34,性质 定子和转子磁体: Hc = 750,000 A/m Br = .9896 (r=1.05) 定子和转子磁体 SA1010 转子磁化方向 (水平方向反时针30度） 定子磁化方向：水平 模型参数 半径单位(R) : 英寸 励磁: 无,磁离合器1/12模型,转子铁，材料 2,转子磁体，材料 3,定子磁体，材料 6,定子铁，材料 5,(上面只显示了一半模型),1-135,利用clutch.mac宏命令建模 实体模型和单元（国际单位制） SA1010系列铁 将定子磁体单元和铁单元定义为一个部件S_IRON 每个转子磁体各有一个单元坐标系,材料号,该磁体单元的X方向为11号局部坐标系的X方向,

44、该磁体单元的X 方向为12号局部坐标系的X方向,1-136,对材料2和3定义为各向同性磁体性质 Preproc.material propsisotropic,重复这些步骤，定义定子磁体材料3,选择 OK,选择OK,1-137,为转子磁体平行磁化方向定义11号局部坐标系 水平方向反时针30度（总体坐标+X 轴） 局部坐标系原点与总体坐标系一致 Utilityworkplanelocal coord. systemscreate local CSat specified location,回车（键盘） 在选择框选取OK,1-138,11号局部坐标系的X轴与总体坐标系X轴的夹角,选取OK,1-13

45、9,采用与前面相同的方法为下面转子磁体建立12号局部坐标系,下面转子磁体是-30, 但方向相反 (180 ),选择OK,0,-30+180,1-140,为了观察单元坐标系的变化，要激活单元坐标系标记 Utilityplot cntrlssymbols,选择 OK,“白”“绿”坐标轴分别相应于单元轴的X、Y方向,1-141,给定子外半径加上通量平行条件 Preprocloadsapplyboundary-flux par lon lines (选择定子铁体外半径上弧线) 通过强迫内半径上节点的MVP保持常数，在转子铁体内半径上施加通量平行边界条件 选择转子内半径上节点 对内半径上节点进行耦合 P

46、reproccouple DOFs （在选择框选择pick ALL ),选择OK,1-142,激活总体坐标系 Utilityworkplanechange active CSglobal CS 识别模型内外半径位置 关键点 9 : 模型内半径上 关键点19 : 模型外 半径上,1-143,周期性边界条件必须施加到离合器两侧 Preprocloadsboundary periodic BCs,选择OK,用关键点函数功能得到内外半径的值,选择OK,模型另一侧边的位置,1-144,磁离合器1/6模型边界条件,耦合使内半径满足通量平行条件,各自的约束方程保证了奇对称条件,强制约束使外半径满足通量平行条

47、件,1-145,利用求解时贮存的单元数据来计算力矩，故必须设置力矩计算标志 Preprocloadsapplyflagcomp. Force/torq (利用宏命令定义的 S_IRON 组件),施加相应的表面标志以计算力/力矩,(只图示模型上半部分）,1-146,求解计算 Soluelectromagnetopt&solv,磁力线图,1-147,计算力矩 Postprocelect&mag calccomp. Torque (选择 S_IRON 组件),力矩作用于定子 注意：力矩单位为单位长度牛米,1-148,利用Maxwell应力张量方法由路径计算也能计算力矩 Postproelec&mag calccircular torq,计算力矩时的圆形路径半径,选择 OK,1-149,力矩作用在转子上使定子和转子磁极成一直线排列,力矩计算路径,1-15