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Mr.Right

不顾一切的去想,于是我们有了梦想。脚踏实地的去做,于是梦想成了现实。

 
 
 

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人生一年又一年,只要每年都有所积累,有所成长,都有那么一次自己认为满意的花开时刻就好。即使一时不顺,也要敞开胸怀。生命的荣枯并不是简单的重复,一时的得失不是成败的尺度。花开不是荣耀,而是一个美丽的结束,花谢也不是耻辱,而是一个低调的开始。

Ansys电磁铁分析学习笔记  

2010-05-23 23:58:18|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、2D静态部分

尽管所有的物体和结构都是三维的,但当它提供平面的或轴对称的模型时,你应该经常考虑使用二维模型来进行分析。

二维单元使用磁矢势公式(MVP),换句话说,常常使用矢势自由度解决问题,因为是二维单元,所以每个节点仅仅有一个自由度:AZ(Z方向的矢势)

一个额外的自由度,电流(CURR),常用于电流源线圈区域,使得更容易添加电压负载

使用PLANE13和PLANE53单元描述你的模型内部导磁区域,电流导体区域,永磁区域,空气区域等等

建一个极大范围的模型时,可以使用INFIN9单元(平面分析),INFIN110(平面分析或轴对称分析,推荐),在电磁领域里,这两个单元可以建模远场衰减区域,并且相对于假设的‘通量平行’和‘通量垂直’边界条件,能给出更好的效果。

许多单元类型都有额外的KEYOPTS选项,可以调整单元的特性。

缺省的单位系统是MKS,在MKS单位里,真空的磁导率u0=4paix10-7

你的模型可能有许多材料区域:空气区域、磁导材料区域、电流区域等等,每个材料区域当然都需要材料属性。

铜的属性呈现基于温度的电阻率和相对磁导率。所有其他的属性是B-H曲线。

定义区域材料属性和实常量的额外指导
你的2D模型中能够存在的区域:
1、空气区域
指定relative permeability (相对磁导率)为1.0,可用如下命令 MP,MURX

2、导磁材料区域
对于线性磁材料,你能够指定relative permeability (相对磁导率),用MP命令指定MURX、MURY、MURZ。
为了指定一个线性等方性材料,你仅仅需要指定MURX。MURY、MURZ缺省为MURX。真空(free-space)的磁导率MURZO被EMUNIT命令设置。忽略永磁的效果,对于线性磁材料,B-H公式是:
Bx = (MUZRO) (MURX) (Hx)
By = (MUZRO) (MURY) (Hy)
Bz = (MUZRO) (MURZ) (Hz)

对于非线性软磁材料,指定一条B-H曲线(可以从ANSYS材料库读取或自己创建)。命令:/MPREAD或TB、TBPT
如果你指定一条B-H曲线,为了准确描述材料,会有如下要求:
..B值必须对应每个H值唯一,必须从原点开始而且单调递增,缺省情况下,B-H曲线将通过原点(因为0.0点没有明确定义),通过绘制B对应H的变化,你能够验证这条曲线是否正确。
..ANSYS内部自动计算v-B曲线(v是磁阻率),该曲线应该光滑连续,你也可以用TBPLOT来验证曲线的正确性。
..B-H曲线应该覆盖材料的整个运行范围

如果没有任何相对磁导率而指定一条非线性B-H曲线,B-H曲线公式是:
Bx = F(|H|) / (|H|) (Hx)
By = F(|H|) / (|H|) (Hy)
Bz = F(|H|) / (|H|) (Hz)

如果同一材料既指定了B-H曲线又指定了相对磁导率(relative permeability (MURX label)),则相对磁导率会被使用。
正交异性材料相对磁导率可以使用MURX、MURY、MURZ等描述,B-H曲线也能够沿着任何一轴同时与相对磁导率配合来建模非线性效果。例如:
mp,murx,2,1000
mp,mury,2,0! read B-H curve for material 2
mp,murz,2,1000

电流源导体区域

源导体是一个与外部电流产生器相连接来提供常量电流的,如果你希望ANSYS计算焦耳热损耗,则要指定电阻系数,电阻系数可能是等方性的或正交异性的,用mp,rsvx命令来指定电阻系数。


 

建模和分网、指定材料属性
可以采用GUI方式:Main Menu> Preprocessor> Meshing> Mesh Attributes> Picked Areas
也可以采用命令方式:Asel,MAT,REAL,TYPE或AATT

应用边界条件和负载
1、磁矢势
每种类型边界条件的AZ值
Flux-normal:不需要,自然产生
Flux-parallel:指定AZ=0,使用D命令
Far-field:使用INFIN9(仅仅平面的分析)或者INFIN110
Periodic:使用ANSYS的循环对称性能
Imposed external field:应用非零的AZ值。

Flux-parallel边界条件强制通量平行于表面流动,但flux-normal边界条件强制通量在表面的法线方向流动。如果你使用INFIN9或INFIN110边界单元描述极大的模型边界,你不需要指定远场零边界条件。

2、激励负载
电流源密度JS
加载电流到源导体,在MKS系统里,JS的单位是安培/平方米。在2D分析中,仅仅JS的Z部分是有效的。正值表示电流在平面的+Z方向,-Z方向在轴对称部分。
通常情况下,你应该直接在单元上加载电流密度,使用BFE命令的第三个参数指出电流密度大小。同样,你也可以使用BFE命令直接在实体模型的面上加载电流密度,然后通过BFTRAN或SBCTRAN命令转换到有限元模型。


标志
1、力的标志
FMAGBC宏常常被用来计算力和转矩,宏自动应用虚拟位移标志和Maxwell表面标志。要计算力的主要部分(比如衔铁)必须至少包围一层空气单元。把要计算力的单元组合成一个组件。
注意:洛伦兹力是应用在电流导体上的,它会被自动计算。不要在电流导体上应用Maxwell或虚拟位移标志!

2、无限表面标志
这些不是负载,但他们需要标记无限单元的表面

其他负载
1、电流片段
极少使用
2、Maxwell surface
并不是真正的负载,它指示需要计算分配的电磁力的表面,用MXWF标签设置这个标志。典型的,你指定MXWF在邻近空气-钢铁分界面的空气单元表面上。ANSYS计算空气-钢铁分界面的力(通过MAXWELL力张量方法),并把力存储在空气单元里。而且可以在结构分析中使用这些力。

你也能指定不止一个组件,但这些组件一定不能共享邻近的空气单元(共享空气单元是典型地被用做一个单元被分隔成两个组件)

电磁虚拟位移(MVDI)
这些负载初始化模型主要部分力的计算。MVDI方法提供一个转到MAXWELL力方法的可选择的办法。
为了触发计算,指定重要区域部分的所有节点的MVDI=1.0,所有邻近的空气节点MVDI=0.0。力将计算并存储在邻近主要部分的空气单元中。


指定求解器
在2D模型里,我们推荐SPARSE或FRONTAL求解器。对于非常大的模型,JCG或PCG求解器更为有用。电路反馈模型仅仅能使用SPARSE或FRONTAL求解器。

2-D谐波分析部分

注意:永磁体不允许进行谐波分析!材料的磁滞效果会被忽略!

线性与非线性谐波分析
低饱和情况下,考虑线性时谐分析,可以用一个假设的常量导磁属性来运行中度或高饱和的情况下,考虑非线性时谐或瞬时分析。
在中度或高饱和的情况下,在恒定的正玄激励作用下,主要对取得电磁力、转矩、能耗感兴趣,对磁通密度等较少关心。在这样的情况下,近似非线性的时谐分析程序便开始产生。

非线性时谐分析方法的原理是,用基于能量守衡方法的假想的或有效的B-H曲线,替换静态B-H曲线。

谐波磁分析所使用的单元

谐波模型的涡流区域仅仅使用矢势公式。

可以使用以下描述的单元建模涡流域
2D实体单元:PLANE13、PLANE53;远场单元:INFIN9、INFIN110;一般电路单元:CIRCU124;接触单元:....

2D谐波分析的大部分程序与2D静态分析是相似的。比如:设置GUI参数、分析标题、单元类型、单元坐标系统等等。

使用节点自由度管理导体的终端条件
1、AZ选项
导体用AZ自由度模拟短路条件,由于电动势不存在,所以在导体长度上是0电压。

2、AZ-VOLT选项
在电场计算里,AZ-VOLT允许你通过包含一个电势来建模不同终端条件的大规模导体。如:开路、电流反馈导体

3、AZ-CURR选项
使用AZ-CURR建模电压反馈线圈,CURR自由度描述线圈里每圈的电流。你能够在线圈上加载一个电压降。


电压反馈线圈仅仅对PLANE53和SOLID97单元有效 。对于这两个单元,你必须指定一个实常量来描述线圈导体。线圈区域中

的所有节点必须耦合CURR自由度。这样当电流在线圈中流动时才会产生效果。

以上详细的介绍见HELP里介绍的图表

加载边界条件和负载

对于谐波磁分析,你可以指定三个负载步选项的类型:动态、一般、输出控制

对于静态分析,可以使用cyclic symmetry性能来定义周期性边界条件,对于谐波和瞬时分析,使用 PERBC2D 宏。

注明本文来自jANEJACKY,谢谢!



 

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Anony
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