ansoft-2D使用简介

1、一、 Ansoft 主界面控制面板简介在Windows下安装好Ansoft软件的电磁场计算模块Maxwell之后，点击Windows的“开始”、“程序”项中的Ansoft、Maxwell Control Panel，可出现主界面控制面板（如图1所示），各选项的功能介绍如下。图1 ansoft主界面控制面板1.1 ANSOFT xxxxx介绍Ansoft公司的联系方式，产品列表和发行商。1.2 PROJECTS创建一个新的工程或调出已存在的工程。要计算一个新问题或调出过去计算过的问题应点击此项。点击后出现工程控制面板，可以实现以下操作：l 新建工程。l 运行已存在工程。l 移动，复制，删除，压缩

2、，重命名，恢复工程。l 新建，删除，改变工程所在目录。1.3 TRANSLATORS 进行文件类型转换。点击后进入转换控制面板，可实现： 1. 将AutoCAD格式的文件转换成Maxwell格式。2. 转换不同版本的Maxwell文件。1.4 PRINT 打印按钮，可以对Maxwell的窗口屏幕进行打印操作。1.5 UTILITIES 常用工具。包括颜色设置、函数计算、材料参数列表等。二、 二维（2D）模型计算的操作步骤2.1 创建新工程选择Mexwell Control Panel启动Ansoft软件点击PROJECTS打开工程界面（如图2所示）点击New进入新建工程面板（如图3所示）。在新

3、建工程面板中为工程命名（Name），选择求解模块类型（如Maxwell 2D, Maxwell 3D, Maxwell PEmeg等）。在这里我们选择Maxwell 2D version 11来完成二维问题的计算。图2 工程操作界面图3 新建工程界面2.2 选择求解问题的类型上一步结束后，建立了新工程（或调出了原有的工程），进入执行面板（Executive Commands）如图4所示。面板的左边是一系列的执行菜单，在接下来的求解过程中将顺次执行它们（前面的菜单没有正确执行时后面的菜单为灰色，不能执行）。第一步，选择求解器（Solver），点击后会出现场类型选项，包括静电场（Electrost

4、atic），稳恒磁场（Magnetostatic）和正弦时变涡流场（Eddy Current）等。选择用户要求解的问题类型。我们的变压器问题通常选用涡流场（Eddy Current）。第二步，选择求解区域几何类型（Drawing），包括平行平面场（XY Plane）和轴对称场（RZ Plane）。在此选择XY Plane。对于场域模型创建模块（Define Model），设定模型材料属性模块（Setup Materials），设定边界条件与激励源模块（Setup Boundaries/Sources），设定执行参数模块（Setup Executive Parameters），设定求解参数模块（

5、Setup Solution Options），求解模块（Solver）与后处理模块（Post Process）将在下面分别详细说明。图4 执行面板（Executive Commands）2.3 创建模型（Define Model）点击Define Model选项，进入模型绘制面板（2D Modeler）如图5所示。图5 模型绘制面板（2D Modeler）2.3.1 模型绘制命令项介绍File创建新文件（New）或调出已有文件（Open）及保存几何模型文件（Save）；导入和导出其他格式文件（Import）；设置打印选项（Print Setup）；打印（Print）；退出模型绘制界面（Exi

6、t）。实际上，进入该界面后可以直接建立模型，然后在推出时程序将提问是否保存模型，且会自动按工程名赋予模型文件名。在建模期间若担心信息丢失，可以使用保存命令存盘。Edit 进行图形编辑，包括选择对象（Select）和取消选择（Deselect）、剪切（Cut）、复制（Copy）和粘贴（Paste）、删除（Clear）；定义对象属性（Attributes）；控制对象的可见性（Visibility）等。复制功能可以沿坐标轴、线或对称面复制对象。Reshape 修改物体的形状。包括对选中的物体进行按比例大小缩放（Scale Selection）；对定义圆弧的线段数进行重新设置（Edge-Number

7、of Segments）（在画圆弧时已进行了定义）。圆弧线段的长度应小于有限元网格相应边界单元的边长，否则会带来较大的计算误差。Boolean 不同物体之间的运算，包括合并（Union）、相减（Subtract）（如形成一个圆环可以通过两个圆相减得到）、相交（Intersect）等操作。Arrange 模型排列，包括移动（Move），旋转（Rotate），镜像（Mirror），同时可以重新定义模型尺度，即变换模型大小。Object 选择物体模型绘制类型，包括：直线或折线（Polyline，双击鼠标结束画线）、圆弧（Arc）、由点定义的光滑曲线（Spline）、矩形（Rectangle）、圆（C

8、ircle）。Model 模型绘制参数设置与调整，包括距离测量（Measure）、绘图量纲（Drawing Units）、绘图板大小定义（Drawing Sizes）、画笔捕捉设定（Snapto Mode）、颜色与文字大小默认值设定（Defaults）。Window 绘图窗口显示与坐标处理等，包括显示缩放（Change View - Zoom in, out）、坐标平移或旋转（Coordinate System）、绘图界面网格设置（Grid）、填充封闭区域（Fill Solids）。Help 提供在线帮助。2.3.2 板面快捷工具功能介绍工具条图6为快捷工具条的图标，从左到右依次为：画折线或直

9、线、顺时针弧线、逆时针弧线、光滑曲线、写文字标记、绘制矩形、圆；物体平移、物体旋转、删除选择的物体、取消选择、设置颜色、物体属性（包括显示物体的端点和给物体定位）、测量（包括显示所选两点的坐标与距离，两点连线与水平线的夹角）、放大、缩小、适应（使显示平面与物体大小适应）、坐标平移、坐标旋转。图6 快捷工具条绘图区绘图区是绘制物体的区域。可以利用Window命令项中的Cascade-Subwindows选项打开多个绘图区窗口。可以调整这些窗口的位置和布局，也可以对每个窗口进行放大或缩小等操作，而其他窗口中的物体保持不变，此功能可以用来从不同的视角观察绘图区域，例如可以在一个窗口上放大局部区域观察

10、细节，而另一个观察整体。状态栏状态栏位于模型绘制面板的底部，显示鼠标所在位置的坐标值，其主要用途是在建模工程中直接输入坐标或几何尺寸，这是建模的一个常用的办法。因为用鼠标建模不易获得准确坐标数据。若要在数据栏中输入坐标时，应将鼠标移出绘图区域，否则移动鼠标时会更改数据栏中的数据。注意数据输入后按Enter健生效。信息栏信息栏位于“状态栏”的上面，用来提示应进行的操作或显示鼠标功能。例如，点击建立矩形区域命令后，信息栏显示：MOUSE LEFT: Select first corner point of rectangle（按鼠标左健选择（确定）矩形的第一个角点）， MOUSE RIGHT: A

11、bort command（按鼠标右健中断当前命令）。注意：按鼠标右健中断命令功能会经常用到。若在U、V（X、Y）数据栏中输入数据后按Enter健，信息栏显示：MOUSE LEFT: Select second corner point of rectangle （选择矩形的第二个角点），此时在dU、dV数据栏中输入矩形的宽和高按Enter健便可建立矩形。2.3.3 绘图时的注意事项用鼠标在绘图区直接建模的时候，所有的线条都是对齐到网格的。所以要想有细微的操作必须缩小网格。在WINDOWGRID中更改网格密度。在修改过程中，如果出现图7所示的问题。图7 网格太小错误必须用将画图区域放大才可以将网

12、格密度改小。 画图时物体的选择必须是鼠标单击选择一个或同时选择几个物体。不能用鼠标拖拉选择2.3.4 建模的基本操作程序小结（1） 选择Model/Drawing Plane命令，设置模型的绘制平面。选项中包括XY Plane和RZ Plane.（2） 选择Model/Drawing Size重新定义模型区域的大小。（3） 选择Model/Drawing Units来定义模型所用的单位。（4） 创建模型。建议通过画直线和圆弧来完成场域边界的建立。（5） 需要的时候，利用Edit,Reshape和Arrange菜单命令修改你所建立的模型。（6） 在建立模型的过程中也可以调用Window菜单命令新

13、建子面板，用于模型细节或其他方面的建模。（7） 保存所建立的模型，退出模型绘制面板。2.4 设定模型材料属性（Setup Materials）2.4.1 界面介绍模型材料界面分为4块（如图8所示），左上部为物体(object)和已定义的材料名(Material)列表。尚未定义的材料名为UNASSIGNED，场域背景(Background)默认设定材料为真空(Vacuum)。左下部分为Ansoft给定的或用户加入的材料库(Material)，右上部分为模型图，右下部分为材料的具体参数。2.4.2 设置材料属性1 若材料库中存在所需材料，则从物体列表中选中一个物体，然后从材料库中选择所需材料，最后

14、点击“Assign”即可完成该物体的材料属性设定。2 若材料库中不存在所需材料，则需要先填加新材料到材料库，然后再设定物体的材料属性。填加新材料到材料库中的步骤如下。（1） 选择Material中的Add（2） 在Material Properties下面的文本框内填入材料名。 （3） 如果需要，可选择材料名文本框下面的Perfect Conductor（良导体）， Anisotropic Material（各向异性材料）或B-H Nonlinear Material（非线性磁材料）。（4） 在材料属性参数栏中输入具体的材料属性值，包括Rel. Permittivity (相对介电常数)，Co

15、nductivity (电导率)，Elec. Coercivity (电矫顽力)，Elec. Retentivity (电记忆力)，Polarization (电极化强度)。对磁场计算还有Rel. Permeability相对磁导率，Magnetic Coercivity磁矫顽力，Magnetic Retentivity磁记忆力，Magnetization 磁化强度。（5） 对非线性材料，点击B-H Curve按钮，定义材料的B-H曲线。（6） 对于材料的属性，也可以用函数的方法赋值，具体做法是点击Functions按钮，在弹处的对话框中输入函数的名称和表达式，然后在属性赋值时，利用函数名称赋

16、值。（7） 材料性质设定后，点击Enter。图8 模型材料定义界面2.4.3 排除物体有些情况下，可能让一些物体不参加计算，这时，就可以利用排除该物体来实现该目的。一种典型的情况是，对于一个闭合的场域问题（如由第一类边界包围的一个电场区域）背景可以不参加计算，这时就可以利用排除背景来实现。具体做法为：选择要排除的物体，点击Exclude。可Include来恢复物体。2.5 设定边界条件和激励源（Setup Boundaries/Sources）2.5.1 界面介绍边界条件和激励源的界面如图9所示，左侧为已经设定的边界激励条件（第一次打开时为空），右部上方为场域模型，用来配合选择边界或物体，右下

17、方为设定边界或激励源的赋值区域。图9 边界条件和激励源设定2.5.2 基本操作步骤1. 选择要赋值的边界或物体，方法：点击Edit/Select/Edge（Object/By Clicking），然后鼠标变为一个黑色箭头，用鼠标点击选择边界（或物体）。按鼠标右键则退出选择模式。2. 选择要加载边界条件还是激励源，方法：点击Assign/Boundary/Value设置边界值、Boundary/Symmetry设置对称边界值、Boundary/Balloon设置开域场边界，Assign/ Source/Solid设置激励源（电荷或电流）。Symmetry设置对称边界值分为奇对称(Odd)和偶对称

18、(Even)。奇对称可理解为对称边界两侧场源异号，对电场问题对称边为零电位线，磁场问题为一条磁力线；偶对称为同号源，电场问题为电位的法向导数或电场强度的法向分量为零，磁场问题为磁场强度的切向为零或磁力线垂直于对称边界。对于图示的磁场问题，设定上面磁芯的四个绕组的电流分别为-8A、8A、8A、-8A ，下面磁芯的四个绕组的电流分别为0A、0A、0A、0A。虽然下面的绕组设置电流为0，但不能不设置电流，否则会得到错误的结果。3. 键入边界或激励数值。也可以用函数赋值，具体做法与上面讲到的用函数设定模型材料属性的方法类似。4. 点击Assign保存设置并退出。然后点击File/Exit/Yes退出界

19、面。2.5.3 几点说明1. 当完成物体选择后，注意让光标在场域内点击右键退出/完成选择步骤。2. 对于包含在其他物体内部的物体，用鼠标点击不能进行选择时，可以利用Edit/Visibility隐藏外面的物体，然后再选择；但最好是利用物体的名称(By Name)进行选择。3. 对于背景(Background)，也可以和其他物体一样处理，可以单独选择它的各个边(Edge)，也可以作为整体(Object)选择，根据不同的情况加载不同的边界条件。4. 要想改变已设定过的边界或物体，应先删除原来的设定，即在界面左侧的列表中选中物体名然后按Del键。2.6 设定求解参数（Setup Executive

20、Parameters）该步骤用来完成以下几个集总参数的求解设定。1. 施加在一个物体或一组物体上的电磁力 (Force)。2. 施加在一个物体或一组物体上的力矩 (Torque)。3. 电容、电感、电阻值，对于多个物体给出分布参数矩阵(Matrix)。4. 铁心损耗 (Core Loss)5. 磁链 (Flux Lines)设定方法或过程为：首先点击Setup Executive Parameters下相应的参数项进入设定面板，然后选择所要计算的物体。例如，若模型中有5个物体，想要计算所有物体间的电容，则应全部选定，也可仅选其中的2个物体计算一个电容值。对于力（力矩）计算，可以直接选择物体计算

21、各物体的受力（力矩），也可以先创建一个group，然后选择此group包含的物体，以实现合力（力矩）的计算。选择一个物体后要按右下角的Include Selected Objects: Yes，然后物体列表中的名字后变为Yes。2.7 设定求解选项（Setup Solution Options）该部分可以设置网格剖分、方程求解精度和求解方法等。Ansoft具有网格自适应功能，这是该软件的一大优点，自适应技术可以实现网格单元的合理分布，从而可以提高计算精度。自适应网格细分是一个迭代过程，程序先生成一个单元较少的初始(Initial)网格，然后计算场量，根据场量分布细分一些区域的网格，然后再计算场

22、，依次循环。该部分的具体内容如下。1. Starting Mesh: 自适应迭代过程的起始网格。该选项的第一部分为设置迭代过程是从初始网格开始(Initial)，还是从已经迭代计算过的当前网格开始(Current)。很显然，设置为Current是在上次已计算结果的基础上继续迭待，这样可以节省时间。顺便指出，在迭代过程中用户可以终止计算，程序将保存当前结果，即亦可以得到计算结果。该选项的第二部分为人工网格处理(Manual Mesh)，点击该项后进入网格处理界面，其中最常用的功能是网格细分(Refine)，利用该命令可以实现点(Point)、面(Area)、物体(Object)的网格细分，选择P

23、oint后光标变为十字，然后按左键便细分光标附近的网格，按Area后光标也变为十字，按一下左键后拖拉鼠标到一个位置再按一次左键定义一个矩形区域，区域内的网格将被细分。2. Solver Residual: 方程求解器余量误差控制，一般利用默认值1e-5即可。3. Solver Choice: 求解器计算方法选择，一般选自动(Auto)方式即可。4. Solve for: 求解目的。计算场Fields，计算参数Parameters（上一步设定求解参数时所设定的内容，如电容，电感，电阻，力，力矩等）。5. 是否要利用自适应技术，若是则选中Adaptive Analysis。然后要设定每部细分百分数或每步约增加的单元百分数(Percent refinement per pass)，一般设定30%为亦；设定自适应迭代终止判据或控制参量(Stopping Criterion)，要求的总步数(Number of required passes)和误差百分数(Percent error)。该误差只是相邻两次迭代的总能量计算误差，并不表示场量的计算误差。一