第二章 ANSYS二維靜態(tài)磁學(xué)分析3.ppt

第二章第3節(jié) 2 D靜態(tài)分析 2 3 2 求解模型的單位制 SI 分析中使用的單位制為國際單位制 SI 力 牛頓 能量 焦耳 功率 瓦 長度 米 時(shí)間 秒 質(zhì)量 公斤 磁通密度B 特斯拉 磁場強(qiáng)度H 安培 米 電流 安培 電阻率 歐姆 米 電壓V 伏 電感L 亨 磁導(dǎo)率 r 亨 米 電容 法拉 2 3 3 基本關(guān)系式 B H 其中 r 0 可為單一值 線性 各相同性或正交各向異性Preproc materialprops isotropic 平面屬性要求賦予材料質(zhì)性號(hào) r相對(duì)磁導(dǎo)率 2 3 4 可為非線性 以模擬飽和狀態(tài)BH曲線數(shù)據(jù)能從ANSYS55材料庫中獲得缺省的BH材料庫在ansys55目錄下的matlib子目錄中 Preproc materialprops materiallibrary librarypath 通過指定路徑可在其它位置得到材料數(shù)據(jù) 2 3 5 BH數(shù)據(jù)可用如下方式輸入Preproc materialprops materiallibrary importlibrary 選擇材料 選擇材料屬性 選擇OK 2 3 6 BH數(shù)據(jù)生成圖形和列表顯示 表示在列表顯示中的數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào) 材料號(hào) 2 3 7 數(shù)據(jù)也可列成表格 這種表格也能人工制成Utility list properties datatables 選擇OK 2 3 8 BH曲線輸入指南 數(shù)據(jù)點(diǎn) 0 0 不要輸入定義曲線彎曲處的數(shù)據(jù)點(diǎn)要密 見M54的數(shù)據(jù)點(diǎn) BH曲線要避免生成S形通常M鋼定義BH數(shù)據(jù)到8 000A m數(shù)據(jù)需要外推這些曲線的 值通常需要附加大量的數(shù)據(jù)以使得 值由大逐漸變到最終斜率最終斜率為空氣值 0 2 3 9 BH數(shù)據(jù)輸入 應(yīng)用實(shí)例 400系列不銹鋼輸入如下數(shù)據(jù) 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 首先定義數(shù)據(jù)表 然后把BH數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)表中Preproc materialprops datatables define activate 平面屬性要求賦予材料號(hào) 選擇OK 2 3 11 利用編輯激活表格輸入BH數(shù)據(jù)Preproc materialprops datatables editactive 輸入數(shù)據(jù)后 用鼠標(biāo)點(diǎn)取File Apply Quit圖示 Preproc materialprops datatables graph列表 Preproc materialprops datatables list 2 3 12 實(shí)際求解需要用到d dB2為避免粗劣的v Yu條件曲線 B2應(yīng)該是單調(diào)的 Utility plot datatables graphNUvs B 2 2 3 13 把該曲線數(shù)據(jù)放置在庫內(nèi) 以備將來使用 Preproc materialprops materiallibrary exportmaterial 選擇文件名 選取生成的BH數(shù)據(jù)的材料屬性 2 3 14 應(yīng)用實(shí)例 軸對(duì)稱直流致動(dòng)器 課題描述軸對(duì)稱線圈為直流供電銜鐵居中但懸空在定子上方 分析順序用axis2d宏建模完成建模后 加邊條件求解后處理 力磁動(dòng)勢(shì)誤差范數(shù)電流 磁力線路徑圖示能量電感 氣隙 mm 線圈 部件 銜鐵 部件 材料號(hào)5 同銜鐵 2 3 15 勵(lì)磁直流施加到線圈 3安培 性質(zhì)銜鐵 定子 上述BH曲線線圈 300匝 26線徑 r 1空氣 r 1 單位 毫米 mm 2 3 16 對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用 通常指定電壓 線圈電流是算出來的 26線規(guī)直徑 Dw 0 404mm 在20攝氏度下 銅電阻率 17 14E 9 m 在20攝氏度下 匝數(shù) N 300線圈中徑為8mm Rmid 均勻填充圓線圈的電阻為 R 16000N Rmid Dw2R 4 03 對(duì)于靜態(tài)分析 12V電壓相應(yīng)的電流為2 98安 本分析采用3安 2 3 17 參數(shù)化建模需要 參數(shù)GAP必須定義在命令行輸入gap 5并回車 點(diǎn)取OK 選擇分網(wǎng)密度Preproc sizecntrl basic 2 3 18 axis2s宏生成模型銜鐵單元部件ARMATURE線圈面積參數(shù)ACOND線圈單元部件COIL 在ANSYS命令窗口輸入axis2s并回車 以建立模型 2 3 19 材料號(hào)1為空氣完善邊界條件通量平行邊界條件Preproc loads apply boundary fluxparl lines選擇模型邊界上的所有線 2 3 20 如下方式定義材料號(hào)1 自由空間磁導(dǎo)率 Preproc materialprops isotropic 選擇OK 選擇OK 2 3 21 給線圈平面加載線圈電流Preproc loads apply excitation currentdensity areas選擇線圈平面 選擇OK 2 3 22 給銜鐵加力邊界條件標(biāo)志Preprocessor Loads Apply Magnetic Flag CompForce 選擇OK 用不同的方法計(jì)算力 故加載兩種標(biāo)志Maxwell應(yīng)力張量虛功 選擇ARMATURE 2 3 23 選擇所有幾何和有限元實(shí)體進(jìn)行模擬Solution electromagnetic opt solve選擇OK 采用缺省設(shè)置進(jìn)行求解 請(qǐng)確認(rèn) 2 3 24 磁力線Postproc plotresults 2Dfluxlines注意漏磁位置線圈區(qū)定子上角定子與銜鐵交界位置 2 3 25 計(jì)算力Postproc elec magcalc comp force 軸對(duì)稱模型只產(chǎn)生垂直方向力定義單元表項(xiàng)FVW Y虛功Y方向力FMX YMaxwell應(yīng)力Y方向力環(huán)狀模型力總和 選擇OK 2 3 26 用與銜鐵鄰接的空氣單元來計(jì)算銜鐵力 并顯示首先選擇空氣單元 1 首先選擇空氣單元 材料屬性為1 選擇Apply 2 用Num Pick從中選取鄰近銜鐵面空氣單元 用框選取 2 3 27 虛功方法計(jì)算垂直力并用等值圖顯示Postproc plotresults elemtable 在氣隙中選取空氣單元 選擇OK 2 3 28 用路徑圖示選項(xiàng) PATH 能獲得沿銜鐵面的力的分布圖必須定義路徑Postproc pathoperations definepath bynodes 點(diǎn)取節(jié)點(diǎn)2 給一個(gè)任意的名字 增加沿路徑的數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的數(shù)量 點(diǎn)取節(jié)點(diǎn)1 選擇OK 2 3 29 路徑定義信息如下路徑內(nèi)的結(jié)果插值是在總體坐標(biāo)系下 與柱坐標(biāo)系或其它局部坐標(biāo)系相比 路徑由直線組成 2 3 30 單元表項(xiàng)FVW Y中的力必須插值到路徑上Postproc pathoperations mapontopath 任意名 選擇ETAB FVW Y 選擇OK 2 3 31 將FVW Y沿路徑顯示Postproc pathoperations plotpathitems ongeometry 路徑圖示迭加在幾何體上 已定義 將路徑顯示圖縮放到一個(gè)較好的程度 選擇OK 2 3 32 節(jié)點(diǎn) 作用在銜鐵上的垂直方向力的路徑圖示 2 3 33 離路徑節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)1的距離 路徑上的力 F Y 也能打印輸出Postproc pathoperations listpathitems 選擇OK 2 3 34 線圈Lorentz力 JxB 選擇線圈區(qū)域并定義為一個(gè)部件 Utility select comp assembly selectcomp assembly選擇線圈為Lorentz力定義單元表Postpro elementtable definetable 選擇 2 3 35 任意名 作用于整個(gè)圓環(huán)上的X方向的Lorentz力 選擇OK 選擇Add 2 3 36 線圈X方向Lorentz力的等值圖Postproc elementtable plotelemtable 選擇OK 2 3 37 作用在線圈單元上的總力Postpro elementtable sumofeachitem 該操作作用于全部激活單元上相當(dāng)于360 圓周上的受力力單位為牛頓 N 2 3 38 根據(jù)節(jié)點(diǎn)磁場值差異估計(jì)誤差 且作為單元表數(shù)據(jù)貯存Postpro mag eleccalc erroreval B ERR單位 T H ERR單位 Amps m BN ERR和HN ERR由最大值歸一化 2 3 39 BN ERR能用磁力線圖進(jìn)行等值顯示圖示BN ERR單元表項(xiàng)Postpro elementtable plotelemtable 選擇OK激活NOERASE選擇Utility plotcntrls eraseoptions 2 3 40 圖示磁力線Postpro plotresults 2Dfluxlines選擇OK 2 3 41 線性和非線性材料的共能計(jì)算Postpro elec magcalc coenergy選擇OK 2 3 42 也能計(jì)算貯能Postproc elec magcalc energy 注 鐵的共能大約是貯能的8倍 表示鐵的飽和效應(yīng)所致 2 3 43 鐵單元的磁導(dǎo)率能用等值圖顯示Postpro elementtable 選擇ADD plane53單元在線幫助 選擇OK這是絕對(duì)磁導(dǎo)率 2 3 44 為了獲得相對(duì)磁導(dǎo)率 單元表應(yīng)乘以MUZ系數(shù)將自由空間磁導(dǎo)率賦予參數(shù) MUZ 12 57x10 7Postpro elementtable additems 用已有名字 自由空間磁導(dǎo)率參數(shù) 不需要第二個(gè)單元表項(xiàng) 選擇OK 2 3 45 用等值圖顯示相對(duì)磁導(dǎo)率MURPostpro elementtable plotelemtable 注意飽和區(qū) 選擇tOK 2 3 46 沿閉合線計(jì)算磁動(dòng)勢(shì)MMF確保整個(gè)模型都被激活必須定義圍繞線圈的路徑Postpro elec magcalc definepath bynodes 選取如圖所示的7個(gè)節(jié)點(diǎn) 可從任一節(jié)點(diǎn)開始 路徑的最終節(jié)點(diǎn)應(yīng)與起始節(jié)點(diǎn)是同一個(gè) 跨越空氣隙時(shí) 氣隙兩邊的鐵邊界上各選取一個(gè)節(jié)點(diǎn) 2 3 47 完成路徑定義 由于鐵與空氣的界面處H值不連續(xù) 故應(yīng)增加采樣點(diǎn)的數(shù)目 選擇OK 2 3 48 繞閉合回線計(jì)算MMFPostpro elec magcalc MMF選擇OK MMF正負(fù)號(hào)由右手定則決定 路徑的反時(shí)針方向與線圈電流的方向相反 對(duì)于軸對(duì)稱模型 正電流方向?yàn)檫M(jìn)行平面方向 2 3 49 為了確定鐵芯飽和程度 沿定子的中間部分定義一個(gè)路徑并計(jì)算MMF 選取節(jié)點(diǎn)1 選取節(jié)點(diǎn)2 MMF 384A t 2 3 50 輸入的總安匝數(shù)為900 鐵芯的中間部位有384安匝 也就是空氣隙中只有519安匝 忽略其余鐵芯中的磁動(dòng)勢(shì) 如果384安匝中的大部分都在空氣隙中 磁力會(huì)有多大 對(duì)于本問題 電磁力至少會(huì)增加2倍 可用另一種方法顯示這一點(diǎn) 將鐵芯的磁導(dǎo)率設(shè)為1000 進(jìn)行線性求解 評(píng)述 2 3 51 檢查邊界條件的