電機(jī)電磁力場(chǎng)CAE有限元剖析研究討論

1、電機(jī)電磁力場(chǎng)CAE有限元剖析研究討論1 一、計(jì)算機(jī)匡助工程（CAE） 計(jì)算機(jī)匡助工程是隨著CAD/CAM技術(shù)的進(jìn)展而顯露出來(lái)的一種新技術(shù)，它的涵義和功能范圍還沒(méi)有一統(tǒng)的提法，有點(diǎn)資深專家將CAE看成是里面含有工程剖析在內(nèi)的意義廣泛的CAD/CAM，同時(shí)因?yàn)镃AE在機(jī)械工程中的應(yīng)用最廣泛（如鐵路貨車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)有限元剖析系統(tǒng)），故而把意義廣泛的CAE稱做MCAE。不過(guò)，非常大多數(shù)學(xué)者到現(xiàn)在為止仍然把CAE看成是以計(jì)算力學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)仿真（摹擬）為手眼的工程剖析技術(shù)，并相應(yīng)地把它納入意義廣泛的CAD功能中，作為成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品優(yōu)化預(yù)設(shè)的主要支持板塊。依照后一看法，CAE技術(shù)涵蓋有限元FEM和邊界元BE

2、M剖析、運(yùn)動(dòng)因構(gòu)剖析、氣動(dòng)或流場(chǎng)剖析、電路預(yù)設(shè)和磁力場(chǎng)剖析等。那里面有限元剖析在機(jī)械CAD中應(yīng)用最廣泛。這種辦法，首先在幾何上把剖析對(duì)象區(qū)分清楚成有限個(gè)單2元，由相互交錯(cuò)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)形成有限個(gè)元素，而后經(jīng)過(guò)計(jì)算每個(gè)單元或節(jié)點(diǎn)的特別的性質(zhì)，剖析群體的特別的性質(zhì)。有限元剖析法是近20年來(lái)進(jìn)展起來(lái)的技術(shù)，隨著應(yīng)用規(guī)模和范圍的不斷擴(kuò)張，其理論和技術(shù)一天比一天完備，它最冒尖的長(zhǎng)處是通用性強(qiáng)，可用于工程結(jié)構(gòu)力學(xué)、導(dǎo)熱、液壓、氣動(dòng)力學(xué)等的剖析中，適合使用于涵蓋電子、航空、航天在內(nèi)的各種機(jī)械工程領(lǐng)域。同時(shí)，對(duì)于各類工程剖析問(wèn)題，有相當(dāng)一小批相仿的處置過(guò)程，故而十分適合使用于標(biāo)準(zhǔn)化。 二、電機(jī)CAE的進(jìn)展 20百

3、年70時(shí)代以來(lái)，隨著科技的迅猛進(jìn)展與社會(huì)形態(tài)需要一天一天地走向多樣化，市場(chǎng)變動(dòng)次數(shù)多，競(jìng)爭(zhēng)緊張。表如今電機(jī)產(chǎn)品方面，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短，產(chǎn)品的性能、品質(zhì)、價(jià)錢以及交貨期的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越緊張。對(duì)大數(shù)電機(jī)廠來(lái)說(shuō)，一個(gè)表面化的獨(dú)特的地方是多品種、小批量出產(chǎn)占主導(dǎo)地位。在施行多品種、3小批量出產(chǎn)時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)品的品種和工藝過(guò)程的多樣性，背景條件（如用戶訂貨、外購(gòu)、外協(xié)、交貨期等）的不確認(rèn)性，以及出產(chǎn)規(guī)劃與出產(chǎn)調(diào)度的動(dòng)態(tài)性等因素，以致物料過(guò)程復(fù)雜多變，信息流的數(shù)值和信息多而雜亂，信息的處置、儲(chǔ)存與傳道輸送次數(shù)多。因?yàn)檫@個(gè)，按常理的單件出產(chǎn)或按剛性半自動(dòng)化的形式都沒(méi)有辦法適合，務(wù)必解決物流既具高效半自動(dòng)化

4、，又具出產(chǎn)“柔性”即柔性半自動(dòng)化的問(wèn)題；同時(shí)，也務(wù)必相應(yīng)地解決信息流（涵蓋產(chǎn)品預(yù)設(shè)、工藝預(yù)設(shè)以及出產(chǎn)管理）的半自動(dòng)化問(wèn)題。所說(shuō)的柔性（flexibility）是指，當(dāng)出產(chǎn)對(duì)象變更時(shí)，具備靈活的適合性。 在電機(jī)工程中的應(yīng)用主要有下面這些方面： 1、計(jì)算機(jī)匡助電機(jī)預(yù)設(shè)：這是利用計(jì)算機(jī)幫忙許多人預(yù)設(shè)出最佳的電機(jī)； 2、計(jì)算機(jī)匡助電機(jī)工程圖的畫(huà)出； 3、計(jì)算機(jī)匡助電機(jī)電磁力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算。4 以往，電機(jī)中場(chǎng)的求解只限于應(yīng)用解析法和圖解法。這些個(gè)辦法的應(yīng)用，普通限止在邊界條件簡(jiǎn)單而介質(zhì)為線性的場(chǎng)合。計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的進(jìn)展為電機(jī)中復(fù)雜的場(chǎng)問(wèn)題數(shù)字解供給了條件，因此可以將現(xiàn)代數(shù)字解中的差分法、有限

5、元法和邊界元法等辦法，在利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上去求解電機(jī)中的各種線性和非線性的牢穩(wěn)場(chǎng)或瞬變場(chǎng)的問(wèn)題，并取得較滿足的最后結(jié)果。 計(jì)算機(jī)具備大容積和靠得住記憶有經(jīng)驗(yàn)、迅速的數(shù)值處置有經(jīng)驗(yàn)和檢索有經(jīng)驗(yàn)，這些個(gè)有經(jīng)驗(yàn)正巧與人的工作特長(zhǎng)互補(bǔ)；另一方面，人只要以手續(xù)化的形式給予計(jì)算機(jī)一定的智能，計(jì)算機(jī)即可代替人的思惟施行思維規(guī)律判斷與推理，起著“資深專家”的效用；這個(gè)之外，計(jì)算機(jī)是可編程的，具備莫大的柔性。因?yàn)檫@個(gè)，計(jì)算機(jī)是解決電機(jī)產(chǎn)品多品種、小批量出產(chǎn)柔性半自動(dòng)化的最佳路徑。 三、電機(jī)電磁力場(chǎng)有限元剖析 電機(jī)電磁5力場(chǎng)是工程領(lǐng)域中所遇電磁力場(chǎng)的一種，電磁力場(chǎng)問(wèn)題的理論基礎(chǔ)是Maxwell方程組，各種電磁

6、力場(chǎng)問(wèn)題均可等價(jià)于算術(shù)領(lǐng)域中偏微分方程的初、邊值問(wèn)題。 電機(jī)電磁力場(chǎng)所里面含有的類型眾多，如按場(chǎng)源是否任何時(shí)間間變動(dòng)可分為穩(wěn)態(tài)場(chǎng)與時(shí)變場(chǎng)；按求解地區(qū)范圍的中介線性與否可分為線性、非線性問(wèn)題；按電磁力場(chǎng)位函數(shù)的維數(shù)可分為一維、二維、三維問(wèn)題。就從電機(jī)電磁力場(chǎng)散布地區(qū)范圍來(lái)看，也有氣隙磁力場(chǎng)、端部磁力場(chǎng)、鐵心磁力場(chǎng)、電樞導(dǎo)線渦電流場(chǎng)等；從理論上講，用數(shù)字辦法可以解決上面所說(shuō)的問(wèn)題，但實(shí)際工程應(yīng)用中，縱然是基本的二維穩(wěn)態(tài)電機(jī)電磁力場(chǎng)問(wèn)題，電機(jī)預(yù)設(shè)者也較少?gòu)膱?chǎng)的觀點(diǎn)動(dòng)身，認(rèn)為合適而使用有限元或其他數(shù)字法施行求解，究其端由，除客觀條件限止外，主觀上仍有兩方面：其一是要用有限元或其他數(shù)字法求解電機(jī)電磁力場(chǎng)

7、問(wèn)題，則預(yù)設(shè)者本身至少要洞曉該數(shù)字辦法的6理論及過(guò)程、相應(yīng)的計(jì)算機(jī)手續(xù)語(yǔ)言及數(shù)值結(jié)構(gòu)、輸入數(shù)值文件的樹(shù)立，有時(shí)候還要施行不可缺少的手續(xù)改正、編譯等；其二，預(yù)設(shè)者在數(shù)字計(jì)算前，因?yàn)閿?shù)值前處置過(guò)程枯燥、數(shù)值量繁重，其辦公量約占整個(gè)兒有限元剖析辦公量的80百分之百，因?yàn)檫@個(gè)，電機(jī)電磁力場(chǎng)數(shù)字計(jì)算的工程應(yīng)用研討已經(jīng)提到較關(guān)緊的位置，即怎么樣從電機(jī)預(yù)設(shè)者角度動(dòng)身，將較成熟的求解電機(jī)電磁力場(chǎng)的數(shù)字算法如有限元法在過(guò)程上通用化，操作上簡(jiǎn)捷化，數(shù)值管理上半自動(dòng)化，讓電機(jī)預(yù)設(shè)者真正將有限元法作為一種求解電機(jī)電磁力場(chǎng)的通用工具，正如會(huì)運(yùn)用計(jì)算器的人，并非務(wù)必理解其辦公原理、機(jī)器語(yǔ)言、數(shù)字顯露等。 因?yàn)橛邢拊碚撘?/p>

8、比較完善，相應(yīng)的計(jì)算辦法及軟件已在工程領(lǐng)域中作為剖析計(jì)算的工具，因?yàn)檫@個(gè)，電機(jī)預(yù)設(shè)擔(dān)任職務(wù)的人更關(guān)切怎么樣應(yīng)用有限元法來(lái)剖析計(jì)算電機(jī)電磁力場(chǎng)，即有限元前（后）處置。 71、有限元前處置：是指在有限元剖析手續(xù)運(yùn)行曾經(jīng)，針對(duì)某一具體問(wèn)題所務(wù)必的全部數(shù)值的準(zhǔn)備辦公。就電機(jī)電磁力場(chǎng)而言，它主要涵蓋求解地區(qū)范圍確實(shí)認(rèn)、幾何板型描寫(xiě)、地區(qū)范圍網(wǎng)格剖分、節(jié)點(diǎn)、單元編號(hào)及優(yōu)化、各種信息數(shù)值生成等。 2、有限元后處置：施行電機(jī)電磁力場(chǎng)有限元剖析的目標(biāo)，是讓電機(jī)預(yù)設(shè)者對(duì)電機(jī)磁力場(chǎng)有清楚直觀的意識(shí)，而有限元法作為一種數(shù)字算法，其剖析計(jì)算的最后結(jié)果因子據(jù)繁重，不方便剖析名聲。將這些個(gè)數(shù)值改換成工程領(lǐng)域所知道得清楚的各種圖、曲線、表格等對(duì)