電磁場(chǎng)與電磁波仿真設(shè)計(jì)-導(dǎo)體中的電流仿真

目錄TOC\o"1-3"\h\u172771.課程設(shè)計(jì)的目的與作用 1125051.1設(shè)計(jì)目的： 145801.2設(shè)計(jì)作用： 189862.設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹 2126832.1設(shè)計(jì)任務(wù)： 2254112.2Maxwell軟件環(huán)境： 228193.電磁模型的建立 3255394.電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析 7214465.設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì) 813856.參考文獻(xiàn)： 9PAGEPAGE81.課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1設(shè)計(jì)目的：電磁場(chǎng)與電磁波課程理論抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算繁雜，將Maxwell軟件引入教學(xué)中，通過(guò)對(duì)典型電磁產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)，并模擬電磁場(chǎng)的特性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波的理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量。1.2設(shè)計(jì)作用：使學(xué)生熟練使用AnsoftMaxwell仿真軟件，學(xué)會(huì)對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)進(jìn)行分析，了解所做題目的原理。學(xué)會(huì)利用AnsoftMaxwell軟件仿真簡(jiǎn)單的電場(chǎng)以及磁場(chǎng)分布，畫(huà)出電場(chǎng)矢量E線圖、磁感應(yīng)強(qiáng)度B線圖，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析、總結(jié)。2.設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹2.1設(shè)計(jì)任務(wù)：導(dǎo)體中，以恒定速度運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)稱為恒定電場(chǎng)，或恒定電流場(chǎng)（DC

conduction）。利用Maxwell軟件實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體中的電流仿真，得出電流密度圖及導(dǎo)體內(nèi)的電流方向。2.2Maxwell軟件環(huán)境：AnsoftMaxwell是低頻電磁場(chǎng)有限元仿真軟件，在工程電磁領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。它基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場(chǎng)計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，使用領(lǐng)域遍及電器、機(jī)械、石油化工、汽車、冶金、水利水電、航空航天、船舶、電子、核工業(yè)、兵器等眾多行業(yè)，為各領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用作出了巨大的貢獻(xiàn)。3.電磁模型的建立3.1建模（Model）

建立如圖1所示模型圖1Project

>

Insert

Maxwell

3D

Design

File>Save

as>Planar

Cap（工程命名為“DC

Conduction”）

選擇求解器類型：Maxwell

>

Solution

Type>

Electric>

DC

Conduction

創(chuàng)建導(dǎo)體Conductor

Draw

>

Box

起點(diǎn)：（X,Y,Z）>（1,

-0.6,

0）

坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）>（1,

0.2,0.2）

將六面體重命名為Conductor

Assign

Material

>

Copper（設(shè)置材料為銅）

創(chuàng)建另3個(gè)并列的導(dǎo)體

Select

Conductor

Edit

>

Duplicate

>

Along

Line（沿線復(fù)制）

輸入line矢量的第1個(gè)點(diǎn)：（0，0，0）

輸入line矢量的第2個(gè)點(diǎn)：（0，0.4，0）

輸入復(fù)制總數(shù)：4（包括原導(dǎo)體）

創(chuàng)建導(dǎo)體Conductor_4

Draw

>

Box

起點(diǎn)：（X,Y,Z）>（0.8,

-1,

0）

坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）>（0.2,

2.2,0.2）

將六面體重命名為Conductor_4

Assign

Material

>

Copper（設(shè)置材料為銅）

創(chuàng)建導(dǎo)體Conductor_5

Draw

>

Box

起點(diǎn)：（X,Y,Z）>（0.8,

-0.4,

0）

坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）>（-1.2,

0.2,0.2）

將六面體重命名為Conductor_5

Assign

Material

>

Copper（設(shè)置材料為銅）

創(chuàng)建導(dǎo)體Conductor_6

Edit

>

Duplicate

>

Mirror（鏡像復(fù)制）

輸入對(duì)稱鏡像平面法向量在平面中的第1點(diǎn)坐標(biāo)：（0，0，0）

輸入對(duì)稱鏡像平面法向量在平面外的第2點(diǎn)坐標(biāo)：（0，1，0）

上述設(shè)置表示鏡像平面為XOZ平面。將六面體重命名為Conductor_6

創(chuàng)建導(dǎo)體Conductor_7

Draw

>

Box

起點(diǎn)：（X,Y,Z）>（-0.4，0.6，0）

坐標(biāo)偏置：（dX,dY,dZ）>（-0.4,

-1.2,0.2）將六面體重命名為Conductor_sink

Assign

Material

>

Copper（設(shè)置材料為銅）

創(chuàng)建計(jì)算區(qū)域（Region）

Padding

Percentage：10%完成如圖1的模型3.2設(shè)置激勵(lì)（Assign

Excitation）選擇物體右鍵將體選擇改為面選擇

3.2.1設(shè)置電流注入源

選中如圖1所示6個(gè)面Maxwell

3D>

Excitations

>

Assign

>Current

>

1A

在圖2的6個(gè)面上產(chǎn)生6個(gè)輸入電流激勵(lì)源圖23.2.2設(shè)置電流匯（Current

Sink）

選中Current_sink導(dǎo)體的下列2側(cè)面

，如圖3Maxwell

3D>

Excitations

>

Assign

>

Sink圖33.設(shè)置剖分操作（Assign

Mesh

Operations）

選中所有物體，Ctrl+A

Maxwell

3D>

Mesh

operations>

Assign>

Inside

Selection>

Length

Based

不選Restrict

length

of

elements

選中Restrict

the

number

of

elements

輸入maximum

number

of

elements：10000（設(shè)置剖分單元的最大數(shù)量）參數(shù)如圖4圖44.設(shè)置自適應(yīng)計(jì)算參數(shù)（Create

Analysis

Setup）

Maxwell

3D

>

Analysis

Setup

>

Add

Solution

Setup

Check&Run圖56.后處理繪出導(dǎo)體中的電流流向圖選中所有導(dǎo)體Maxwell3D>Fields>Fields>J>J_Vector處理后如圖6圖64.電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析仿真電流方向以及相應(yīng)的電流密度大小如圖7圖7仿真磁場(chǎng)方向以及相應(yīng)的磁場(chǎng)大小如圖8圖85.設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)大學(xué)的課程設(shè)計(jì)是為了豐富大學(xué)生的知識(shí)、提高大學(xué)生的文化、科學(xué)、技術(shù)、道德等各方面的素養(yǎng)水平而開(kāi)設(shè)的課程。大學(xué)是培養(yǎng)人才的搖籃，是我們儲(chǔ)備知識(shí)的搖籃。以前，雖然在高中的時(shí)候我是學(xué)習(xí)相關(guān)電磁場(chǎng)與電磁波的知識(shí)，但是到了大學(xué)，時(shí)過(guò)一年，我對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波知識(shí)已經(jīng)遺忘的差不多了，因此對(duì)于電子仿真與制作的學(xué)習(xí)只是停留在了基礎(chǔ)知識(shí)的簡(jiǎn)單了解上，但這些知識(shí)也是很有趣的，為我枯燥的學(xué)習(xí)增添了一點(diǎn)趣味。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，無(wú)論是對(duì)于學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)，還是對(duì)于自己，都有很大的提高。不僅了解了導(dǎo)體中的電流是如何流動(dòng)的。也學(xué)習(xí)了仿真的整個(gè)過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)仿真的過(guò)程中，有挺多地方都不是很明白，但是通過(guò)與同學(xué)交流，網(wǎng)上搜索相關(guān)內(nèi)容，查看相關(guān)資料，學(xué)會(huì)了如何使用Maxwell軟件。學(xué)習(xí)的過(guò)程中有困難，仿真的過(guò)程中有疑問(wèn)，但是解決后還是很開(kāi)心的。6.參考文獻(xiàn)：1.《Ansoft12在工程電磁場(chǎng)中的應(yīng)用》趙博張洪亮等編著，中國(guó)水