ANSYS低頻磁場(chǎng)第二章-3

第二章

第

3節(jié)2-D靜磁學(xué)1求解模型的單位制:SI分析中使用的單位制為國(guó)際單位制:SI力(牛頓）

能量(焦耳）功率（瓦）長(zhǎng)度（米）時(shí)間（秒）質(zhì)量（公斤）磁通密度B（特斯拉）磁場(chǎng)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）2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(hào)μr

相對(duì)磁導(dǎo)率3μ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(kù)中獲得 缺省的BH材料庫(kù)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)4BH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OK5BH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)6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OK7BH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)8BH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)

790.0.771575.1.102365.1.307875.1.5015750.1.5631500.1.6347245.1.6678740.1.709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OK10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>list11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**212把該曲線數(shù)據(jù)放置在庫(kù)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13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)14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，μr=1

空氣:μr=1單位:毫米(mm)15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(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(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。16參數(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>basic17axis2s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18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19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OK20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OK21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ARMATURE22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)23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24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OK25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26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OK27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OK28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29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OK30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OK31節(jié)點(diǎn)作用在銜鐵上的垂直方向力的路徑圖示32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OK33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L(zhǎng)orentz力定義單元表Postpro>elementtable>definetable選擇34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

Add35

線圈X方向Lorentz力的等值圖

Postproc>elementtable>plotelemtable選擇

OK36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:N37根據(jù)節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)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38

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>eraseoptions39圖示磁力線

Postpro>plotresults>2Dfluxlines選擇OK40線性和非線性材料的共能計(jì)算

Postpro>elec&magcalc>coenergy選擇OK41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42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(duì)磁導(dǎo)率43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=12.57x10-7

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(gè)單元表項(xiàng)選擇OK44用等值圖顯示相對(duì)磁導(dǎo)率MUR

Postpro>elementtable>plotelemtable注意飽和區(qū)選擇tOK45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)46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OK47繞閉合回線計(jì)算MMF

Postpro>elec&magcalc>MMF

選擇OKMMF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）48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)2MMF=-384A-t49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?？捎昧硪环N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

50檢查邊界條件的正確與否非常