二維靜態(tài)分析

二維靜態(tài)分析第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日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ρ（歐姆-米）電壓V（伏）電感L（亨）磁導(dǎo)率μr(亨/米）電容（法拉）第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-3基本關(guān)系式:B=μH,其中μ=μrμ0μ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μr

相對磁導(dǎo)率第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-4μ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)第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-5BH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第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-6BH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)號材料號第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-8BH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μ值通常需要附加大量的數(shù)據(jù)以使得μ值由大逐漸變到最終斜率最終斜率為空氣值(μ0)第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-9BH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第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日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選擇OK第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-12實(shí)際求解需要用到dν/dB2

為避免粗劣的v=Yu條件曲線，

ν-B2應(yīng)該是單調(diào)的。

Utility>plot>datatables>graphNUvs.B**2第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日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)的材料屬性第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-14應(yīng)用實(shí)例:軸對稱直流致動器課題描述軸對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勢誤差范數(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5(同銜鐵)第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-15勵磁

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，μr=1

空氣:μr=1單位:毫米(mm)第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-16對于大多數(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(ρ)=17.14E-9Ω-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=16000NρRmid/Dw2

R=4.03Ω對于靜態(tài)分析，12V電壓相應(yīng)的電流為2.98安，本分析采用3安。第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-18axis2s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，以建立模型第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-19材料號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第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-20如下方式定義材料號1（自由空間磁導(dǎo)率）

Preproc>materialprops>isotropic選擇OK選擇OK第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日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）請確認(rèn)第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-25計(jì)算力

Postproc>elec&magcalc>comp.force軸對稱模型只產(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第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日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Apply2)用Num/Pick從中選取鄰近銜鐵面空氣單元用框選取第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日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）路徑由直線組成第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日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較好的程度選擇OK第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-32節(jié)點(diǎn)作用在銜鐵上的垂直方向力的路徑圖示第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-34線圈Lorentz力（JxB）選擇線圈區(qū)域并定義為一個部件。

Utility>select>comp/assembly>selectcomp/assembly

選擇線圈為Lorentz力定義單元表Postpro>elementtable>definetable選擇第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-35任意名作用于整個圓環(huán)上的X方向的Lorentz力選擇OK選擇Add第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-36線圈X方向Lorentz力的等值圖

Postproc>elementtable>plotelemtable選擇OK第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日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由最大值歸一化第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-40圖示磁力線

Postpro>plotresults>2Dfluxlines選擇OK第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-41線性和非線性材料的共能計(jì)算

Postpro>elec&magcalc>coenergy選擇OK第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日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)所致第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-43鐵單元的磁導(dǎo)率能用等值圖顯示

Postpro>elementtable>選擇ADDplane53單元在線幫助

選擇OK這是絕對磁導(dǎo)率第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-44為了獲得相對磁導(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=12.57x10-7 Postpro>elementtable>additems用已有名字自由空間磁導(dǎo)率參數(shù)不需要第二個單元表項(xiàng)選擇OK第四十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-45用等值圖顯示相對磁導(dǎo)率MUR Postpro>elementtable>plotelemtable注意飽和區(qū)選擇tOK第四十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-46沿閉合線計(jì)算磁動勢MMF確保整個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)是同一個跨越空氣隙時，氣隙兩邊的鐵邊界上各選取一個節(jié)點(diǎn)第四十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日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第四十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日2.3-48繞閉合回線計(jì)算MMFPostpro>