COMSOLMultiphysics仿真步骤

1、COMSOL Multiphysics 仿真步骤1算例介绍一电磁铁模型截面及几何尺寸如 图1所示铁芯为软铁磁化曲线(B-H)曲线如图2所示励磁 电流密度J=250 A/cm2。现需分析磁铁内的磁场分布。图1电磁铁模型截面图(单位cm)(I Q, i . i :2 5图2铁芯磁化曲线2 COMSOL Multiphysics 仿真步骤根据磁场计算原理结合算例特点在 COMSOL Multiphysics中实现仿真。(1) 设定物理场COMSOL Multiphysics 4.0 以上的版本中在 AC/DC模块下自定 义有8种应用模式分别 为：静 电场 (es)、电流(es)、电流-壳(ecs)、

2、磁场(mf)、磁场和电场(mef)、带电粒子追踪(cpt)、电路(cir)、磁场-无电流 (mfnc)。其中 磁场(mef)是以磁矢势A作为因变量可应用于： 已知电流分布的DC线圈； 电流趋于表面的高频AC线圈； 任意时变电流下的电场和磁场分布；根据所要解决的 问题的特点一一分析磁铁在线圈通电情况下的电磁场分布选择2维 磁场(mf)应用模 式稳态求解类型。(2) 建立几何模型根据图1 在COMSOL Multiphysics中建立等比例的几何模型如图3所示。有限元仿真是 针对封闭区域因此在磁 铁外添加空气域包 围磁铁。由于磁铁的磁导率因此空气域的外 轮廓线可以理想地 认为与磁场线迹线重合并 设

3、为磁位的参考点 即(21)式中 L为空气外边界。(3) 设置分析条件 材料属性本算例中涉及到的材料有空气和磁铁在软件自带的材料 库中选取Air和Soft Iron。对于磁铁的B-H曲线在该节点下将已定 义的离散B-H曲线表单导入其中即可。 边界条件由于磁铁的磁导率因此空气域的外 轮廓线可以理想地 认为与磁场线迹线重合并 设为磁位的参考点即(21)式中 L为空气外边界。为引入磁铁的B-H曲线除在材料属性 节点下导入B-H表单之外还需在 磁场(mef)节点下选择 安培定 律” 域为“ 2”即磁 铁区域在 磁场 本构关系”处将本构关系 选择为“&B曲线”此时即表示将材料 性质表达为磁通密度B的函数也

4、符合以磁矢 势A作为因变量时的表达从而避免在本构关系中定义循环变量。设置窗口如下图所示。獰耶H强欝1图4磁铁本构关系设置该模型中线圈中励磁 电流密度为J=250 A/cm2因此在 磁场(mef)节点下选择两个 外部电流密度” 节点分别用于 设置两个线圈的电流密度。根据式(2) 该电流密度因为z轴方向的电流密度且两个 线 圈的电流密度方向 应相反。事先在模型 树下定义参数J 表达式为“ 250e4A/cmA2。设置窗口如下 图所 示。*VIL 9T2.(a)线圈1(b)线圈1图5线圈电流设置网格划分网格节点下直接创建三角形网格结果如下图所示。图6网格划分结果求解选择 稳态”求解模式直接 进行计算

5、。该模型结构比较简单求解时间为2 s。4后处理磁通密度如图7所示。图7面磁通密度分布由图6可以看出磁通密度主要集中分布在磁铁上在转角处磁通密度 较大（图中红色区域）；在空气域磁通密度很小。磁通密度等 值分布图如下所示：图8磁通密度等值线分布磁通密度方向如下 图所示图中箭头表示磁通密度方向。图9磁通密度等值线分布磁力线分布如下图所示:if 11图10磁势分布I Ml MF.MT9由图10可看出磁矢 势A围绕线圈在磁 铁中形成闭合曲线图中线的密度形象表示了磁 场的强弱在转角处的线较稠密。2结论本文在COMSOL Multiphysics中实现了对一简单电磁铁模型磁 场分析并有以下 结论：(1) COMSOL Multiphysics中引入B-H曲线数据时需指定本构关系中的 设置避免在本构关系中出 现 循环变量；同时需另在 该域上定义安培定律；COMSOL Multiphysics中等值线所表