ansoft-2D使用簡介

1、一、 Ansoft 主界面控制面板簡介在Windows下安裝好Ansoft軟件的電磁場計算模塊Maxwell之后，點擊Windows的“開始”、“程序”項中的Ansoft、Maxwell Control Panel，可出現主界面控制面板（如圖1所示），各選項的功能介紹如下。圖1 ansoft主界面控制面板1.1 ANSOFT xxxxx介紹Ansoft公司的聯系方式，產品列表和發(fā)行商。1.2 PROJECTS創(chuàng)建一個新的工程或調出已存在的工程。要計算一個新問題或調出過去計算過的問題應點擊此項。點擊后出現工程控制面板，可以實現以下操作：l 新建工程。l 運行已存在工程。l 移動，復制，刪除，壓縮

2、，重命名，恢復工程。l 新建，刪除，改變工程所在目錄。1.3 TRANSLATORS 進行文件類型轉換。點擊后進入轉換控制面板，可實現： 1. 將AutoCAD格式的文件轉換成Maxwell格式。2. 轉換不同版本的Maxwell文件。1.4 PRINT 打印按鈕，可以對Maxwell的窗口屏幕進行打印操作。1.5 UTILITIES 常用工具。包括顏色設置、函數計算、材料參數列表等。二、 二維（2D）模型計算的操作步驟2.1 創(chuàng)建新工程選擇Mexwell Control Panel啟動Ansoft軟件點擊PROJECTS打開工程界面（如圖2所示）點擊New進入新建工程面板（如圖3所示）。在新

3、建工程面板中為工程命名（Name），選擇求解模塊類型（如Maxwell 2D, Maxwell 3D, Maxwell PEmeg等）。在這里我們選擇Maxwell 2D version 11來完成二維問題的計算。圖2 工程操作界面圖3 新建工程界面2.2 選擇求解問題的類型上一步結束后，建立了新工程（或調出了原有的工程），進入執(zhí)行面板（Executive Commands）如圖4所示。面板的左邊是一系列的執(zhí)行菜單，在接下來的求解過程中將順次執(zhí)行它們（前面的菜單沒有正確執(zhí)行時后面的菜單為灰色，不能執(zhí)行）。第一步，選擇求解器（Solver），點擊后會出現場類型選項，包括靜電場（Electrost

4、atic），穩(wěn)恒磁場（Magnetostatic）和正弦時變渦流場（Eddy Current）等。選擇用戶要求解的問題類型。我們的變壓器問題通常選用渦流場（Eddy Current）。第二步，選擇求解區(qū)域幾何類型（Drawing），包括平行平面場（XY Plane）和軸對稱場（RZ Plane）。在此選擇XY Plane。對于場域模型創(chuàng)建模塊（Define Model），設定模型材料屬性模塊（Setup Materials），設定邊界條件與激勵源模塊（Setup Boundaries/Sources），設定執(zhí)行參數模塊（Setup Executive Parameters），設定求解參數模塊（

5、Setup Solution Options），求解模塊（Solver）與后處理模塊（Post Process）將在下面分別詳細說明。圖4 執(zhí)行面板（Executive Commands）2.3 創(chuàng)建模型（Define Model）點擊Define Model選項，進入模型繪制面板（2D Modeler）如圖5所示。圖5 模型繪制面板（2D Modeler）2.3.1 模型繪制命令項介紹File創(chuàng)建新文件（New）或調出已有文件（Open）及保存幾何模型文件（Save）；導入和導出其他格式文件（Import）；設置打印選項（Print Setup）；打?。≒rint）；退出模型繪制界面（Exi

6、t）。實際上，進入該界面后可以直接建立模型，然后在推出時程序將提問是否保存模型，且會自動按工程名賦予模型文件名。在建模期間若擔心信息丟失，可以使用保存命令存盤。Edit 進行圖形編輯，包括選擇對象（Select）和取消選擇（Deselect）、剪切（Cut）、復制（Copy）和粘貼（Paste）、刪除（Clear）；定義對象屬性（Attributes）；控制對象的可見性（Visibility）等。復制功能可以沿坐標軸、線或對稱面復制對象。Reshape 修改物體的形狀。包括對選中的物體進行按比例大小縮放（Scale Selection）；對定義圓弧的線段數進行重新設置（Edge-Number

7、of Segments）（在畫圓弧時已進行了定義）。圓弧線段的長度應小于有限元網格相應邊界單元的邊長，否則會帶來較大的計算誤差。Boolean 不同物體之間的運算，包括合并（Union）、相減（Subtract）（如形成一個圓環(huán)可以通過兩個圓相減得到）、相交（Intersect）等操作。Arrange 模型排列，包括移動（Move），旋轉（Rotate），鏡像（Mirror），同時可以重新定義模型尺度，即變換模型大小。Object 選擇物體模型繪制類型，包括：直線或折線（Polyline，雙擊鼠標結束畫線）、圓?。ˋrc）、由點定義的光滑曲線（Spline）、矩形（Rectangle）、圓（C

8、ircle）。Model 模型繪制參數設置與調整，包括距離測量（Measure）、繪圖量綱（Drawing Units）、繪圖板大小定義（Drawing Sizes）、畫筆捕捉設定（Snapto Mode）、顏色與文字大小默認值設定（Defaults）。Window 繪圖窗口顯示與坐標處理等，包括顯示縮放（Change View - Zoom in, out）、坐標平移或旋轉（Coordinate System）、繪圖界面網格設置（Grid）、填充封閉區(qū)域（Fill Solids）。Help 提供在線幫助。2.3.2 板面快捷工具功能介紹工具條圖6為快捷工具條的圖標，從左到右依次為：畫折線或直

9、線、順時針弧線、逆時針弧線、光滑曲線、寫文字標記、繪制矩形、圓；物體平移、物體旋轉、刪除選擇的物體、取消選擇、設置顏色、物體屬性（包括顯示物體的端點和給物體定位）、測量（包括顯示所選兩點的坐標與距離，兩點連線與水平線的夾角）、放大、縮小、適應（使顯示平面與物體大小適應）、坐標平移、坐標旋轉。圖6 快捷工具條繪圖區(qū)繪圖區(qū)是繪制物體的區(qū)域。可以利用Window命令項中的Cascade-Subwindows選項打開多個繪圖區(qū)窗口?？梢哉{整這些窗口的位置和布局，也可以對每個窗口進行放大或縮小等操作，而其他窗口中的物體保持不變，此功能可以用來從不同的視角觀察繪圖區(qū)域，例如可以在一個窗口上放大局部區(qū)域觀察

10、細節(jié)，而另一個觀察整體。狀態(tài)欄狀態(tài)欄位于模型繪制面板的底部，顯示鼠標所在位置的坐標值，其主要用途是在建模工程中直接輸入坐標或幾何尺寸，這是建模的一個常用的辦法。因為用鼠標建模不易獲得準確坐標數據。若要在數據欄中輸入坐標時，應將鼠標移出繪圖區(qū)域，否則移動鼠標時會更改數據欄中的數據。注意數據輸入后按Enter健生效。信息欄信息欄位于“狀態(tài)欄”的上面，用來提示應進行的操作或顯示鼠標功能。例如，點擊建立矩形區(qū)域命令后，信息欄顯示：MOUSE LEFT: Select first corner point of rectangle（按鼠標左健選擇（確定）矩形的第一個角點）， MOUSE RIGHT: A

11、bort command（按鼠標右健中斷當前命令）。注意：按鼠標右健中斷命令功能會經常用到。若在U、V（X、Y）數據欄中輸入數據后按Enter健，信息欄顯示：MOUSE LEFT: Select second corner point of rectangle （選擇矩形的第二個角點），此時在dU、dV數據欄中輸入矩形的寬和高按Enter健便可建立矩形。2.3.3 繪圖時的注意事項用鼠標在繪圖區(qū)直接建模的時候，所有的線條都是對齊到網格的。所以要想有細微的操作必須縮小網格。在WINDOWGRID中更改網格密度。在修改過程中，如果出現圖7所示的問題。圖7 網格太小錯誤必須用將畫圖區(qū)域放大才可以將網

12、格密度改小。 畫圖時物體的選擇必須是鼠標單擊選擇一個或同時選擇幾個物體。不能用鼠標拖拉選擇2.3.4 建模的基本操作程序小結（1） 選擇Model/Drawing Plane命令，設置模型的繪制平面。選項中包括XY Plane和RZ Plane.（2） 選擇Model/Drawing Size重新定義模型區(qū)域的大小。（3） 選擇Model/Drawing Units來定義模型所用的單位。（4） 創(chuàng)建模型。建議通過畫直線和圓弧來完成場域邊界的建立。（5） 需要的時候，利用Edit,Reshape和Arrange菜單命令修改你所建立的模型。（6） 在建立模型的過程中也可以調用Window菜單命令新

13、建子面板，用于模型細節(jié)或其他方面的建模。（7） 保存所建立的模型，退出模型繪制面板。2.4 設定模型材料屬性（Setup Materials）2.4.1 界面介紹模型材料界面分為4塊（如圖8所示），左上部為物體(object)和已定義的材料名(Material)列表。尚未定義的材料名為UNASSIGNED，場域背景(Background)默認設定材料為真空(Vacuum)。左下部分為Ansoft給定的或用戶加入的材料庫(Material)，右上部分為模型圖，右下部分為材料的具體參數。2.4.2 設置材料屬性1 若材料庫中存在所需材料，則從物體列表中選中一個物體，然后從材料庫中選擇所需材料，最后

14、點擊“Assign”即可完成該物體的材料屬性設定。2 若材料庫中不存在所需材料，則需要先填加新材料到材料庫，然后再設定物體的材料屬性。填加新材料到材料庫中的步驟如下。（1） 選擇Material中的Add（2） 在Material Properties下面的文本框內填入材料名。 （3） 如果需要，可選擇材料名文本框下面的Perfect Conductor（良導體）， Anisotropic Material（各向異性材料）或B-H Nonlinear Material（非線性磁材料）。（4） 在材料屬性參數欄中輸入具體的材料屬性值，包括Rel. Permittivity (相對介電常數)，Co

15、nductivity (電導率)，Elec. Coercivity (電矯頑力)，Elec. Retentivity (電記憶力)，Polarization (電極化強度)。對磁場計算還有Rel. Permeability相對磁導率，Magnetic Coercivity磁矯頑力，Magnetic Retentivity磁記憶力，Magnetization 磁化強度。（5） 對非線性材料，點擊B-H Curve按鈕，定義材料的B-H曲線。（6） 對于材料的屬性，也可以用函數的方法賦值，具體做法是點擊Functions按鈕，在彈處的對話框中輸入函數的名稱和表達式，然后在屬性賦值時，利用函數名稱賦

16、值。（7） 材料性質設定后，點擊Enter。圖8 模型材料定義界面2.4.3 排除物體有些情況下，可能讓一些物體不參加計算，這時，就可以利用排除該物體來實現該目的。一種典型的情況是，對于一個閉合的場域問題（如由第一類邊界包圍的一個電場區(qū)域）背景可以不參加計算，這時就可以利用排除背景來實現。具體做法為：選擇要排除的物體，點擊Exclude?？蒊nclude來恢復物體。2.5 設定邊界條件和激勵源（Setup Boundaries/Sources）2.5.1 界面介紹邊界條件和激勵源的界面如圖9所示，左側為已經設定的邊界激勵條件（第一次打開時為空），右部上方為場域模型，用來配合選擇邊界或物體，右下

17、方為設定邊界或激勵源的賦值區(qū)域。圖9 邊界條件和激勵源設定2.5.2 基本操作步驟1. 選擇要賦值的邊界或物體，方法：點擊Edit/Select/Edge（Object/By Clicking），然后鼠標變?yōu)橐粋€黑色箭頭，用鼠標點擊選擇邊界（或物體）。按鼠標右鍵則退出選擇模式。2. 選擇要加載邊界條件還是激勵源，方法：點擊Assign/Boundary/Value設置邊界值、Boundary/Symmetry設置對稱邊界值、Boundary/Balloon設置開域場邊界，Assign/ Source/Solid設置激勵源（電荷或電流）。Symmetry設置對稱邊界值分為奇對稱(Odd)和偶對稱

18、(Even)。奇對稱可理解為對稱邊界兩側場源異號，對電場問題對稱邊為零電位線，磁場問題為一條磁力線；偶對稱為同號源，電場問題為電位的法向導數或電場強度的法向分量為零，磁場問題為磁場強度的切向為零或磁力線垂直于對稱邊界。對于圖示的磁場問題，設定上面磁芯的四個繞組的電流分別為-8A、8A、8A、-8A ，下面磁芯的四個繞組的電流分別為0A、0A、0A、0A。雖然下面的繞組設置電流為0，但不能不設置電流，否則會得到錯誤的結果。3. 鍵入邊界或激勵數值。也可以用函數賦值，具體做法與上面講到的用函數設定模型材料屬性的方法類似。4. 點擊Assign保存設置并退出。然后點擊File/Exit/Yes退出界

19、面。2.5.3 幾點說明1. 當完成物體選擇后，注意讓光標在場域內點擊右鍵退出/完成選擇步驟。2. 對于包含在其他物體內部的物體，用鼠標點擊不能進行選擇時，可以利用Edit/Visibility隱藏外面的物體，然后再選擇；但最好是利用物體的名稱(By Name)進行選擇。3. 對于背景(Background)，也可以和其他物體一樣處理，可以單獨選擇它的各個邊(Edge)，也可以作為整體(Object)選擇，根據不同的情況加載不同的邊界條件。4. 要想改變已設定過的邊界或物體，應先刪除原來的設定，即在界面左側的列表中選中物體名然后按Del鍵。2.6 設定求解參數（Setup Executive

20、Parameters）該步驟用來完成以下幾個集總參數的求解設定。1. 施加在一個物體或一組物體上的電磁力 (Force)。2. 施加在一個物體或一組物體上的力矩 (Torque)。3. 電容、電感、電阻值，對于多個物體給出分布參數矩陣(Matrix)。4. 鐵心損耗 (Core Loss)5. 磁鏈 (Flux Lines)設定方法或過程為：首先點擊Setup Executive Parameters下相應的參數項進入設定面板，然后選擇所要計算的物體。例如，若模型中有5個物體，想要計算所有物體間的電容，則應全部選定，也可僅選其中的2個物體計算一個電容值。對于力（力矩）計算，可以直接選擇物體計算

21、各物體的受力（力矩），也可以先創(chuàng)建一個group，然后選擇此group包含的物體，以實現合力（力矩）的計算。選擇一個物體后要按右下角的Include Selected Objects: Yes，然后物體列表中的名字后變?yōu)閅es。2.7 設定求解選項（Setup Solution Options）該部分可以設置網格剖分、方程求解精度和求解方法等。Ansoft具有網格自適應功能，這是該軟件的一大優(yōu)點，自適應技術可以實現網格單元的合理分布，從而可以提高計算精度。自適應網格細分是一個迭代過程，程序先生成一個單元較少的初始(Initial)網格，然后計算場量，根據場量分布細分一些區(qū)域的網格，然后再計算場

22、，依次循環(huán)。該部分的具體內容如下。1. Starting Mesh: 自適應迭代過程的起始網格。該選項的第一部分為設置迭代過程是從初始網格開始(Initial)，還是從已經迭代計算過的當前網格開始(Current)。很顯然，設置為Current是在上次已計算結果的基礎上繼續(xù)迭待，這樣可以節(jié)省時間。順便指出，在迭代過程中用戶可以終止計算，程序將保存當前結果，即亦可以得到計算結果。該選項的第二部分為人工網格處理(Manual Mesh)，點擊該項后進入網格處理界面，其中最常用的功能是網格細分(Refine)，利用該命令可以實現點(Point)、面(Area)、物體(Object)的網格細分，選擇P

23、oint后光標變?yōu)槭?，然后按左鍵便細分光標附近的網格，按Area后光標也變?yōu)槭?，按一下左鍵后拖拉鼠標到一個位置再按一次左鍵定義一個矩形區(qū)域，區(qū)域內的網格將被細分。2. Solver Residual: 方程求解器余量誤差控制，一般利用默認值1e-5即可。3. Solver Choice: 求解器計算方法選擇，一般選自動(Auto)方式即可。4. Solve for: 求解目的。計算場Fields，計算參數Parameters（上一步設定求解參數時所設定的內容，如電容，電感，電阻，力，力矩等）。5. 是否要利用自適應技術，若是則選中Adaptive Analysis。然后要設定每部細分百分數或每步約增加的單元百分數(Percent refinement per pass)，一般設定30%為亦；設定自適應迭代終止判據或控制參量(Stopping Criterion)，要求的總步數(Number of required passes)和誤差百分數(Percent error)。該誤差只是相鄰兩次迭代的總能量計算誤差，并不表示場量的計算誤差。一