ANSYS低频磁场第二章-3

第二章

第

3节2-D静磁学1求解模型的单位制:SI分析中使用的单位制为国际单位制:SI力(牛顿）

能量(焦耳）功率（瓦）长度（米）时间（秒）质量（公斤）磁通密度B（特斯拉）磁场强度H（安培/米）电流（安培）电阻率ρ（欧姆-米）电压V（伏）电感L（亨）磁导率μr(亨/米）电容（法拉）2基本关系式:B=μH,其中μ=μrμ0μ可为单一值（线性）各相同性或正交各向异性

Preproc>materialprops>isotropic平面属性要求赋予材料质性号μr

相对磁导率3μ可为非线性，以模拟饱和状态BH曲线数据能从ANSYS55材料库中获得 缺省的BH材料库在ansys55

目录下的matlib子目录中:

Preproc.>materialprops>materiallibrary>librarypath通过指定路径可在其它位置得到材料数据4BH数据可用如下方式输入

Preproc>materialprops>materiallibrary>importlibrary选择材料选择材料属性选择OK5BH数据生成图形和列表显示表示在列表显示中的数据点号材料号6数据也可列成表格.这种表格也能人工制成

Utility>list>properties>datatables选择OK7BH曲线输入指南数据点(0,0)不要输入定义曲线弯曲处的数据点要密（见M54的数据点）BH曲线要避免生成S形通常M钢定义BH数据到8,000A/m数据需要外推这些曲线的μ值通常需要附加大量的数据以使得μ值由大逐渐变到最终斜率最终斜率为空气值(μ0)8BH数据输入应用实例: 400系列不锈钢输入如下数据

H(A/m)B(T)

790.0.771575.1.102365.1.307875.1.5015750.1.5631500.1.6347245.1.6678740.1.709首先定义数据表，然后把BH数据输入数据表中

Preproc>materialprops>datatables>define/activate平面属性要求赋予材料号选择OK10利用编辑激活表格输入BH数据

Preproc>materialprops>datatables>editactive输入数据后，用鼠标点取File>Apply/Quit图示:Preproc>materialprops>datatables>graph列表:Preproc>materialprops>datatables>list11实际求解需要用到dν/dB2

为避免粗劣的v=Yu条件曲线，

ν-B2

应该是单调的。

Utility>plot>datatables>graphNUvs.B**212把该曲线数据放置在库内，以备将来使用。

Preproc.>materialprops>materiallibrary>exportmaterial选择文件名选取生成的BH数据的材料属性13应用实例:轴对称直流致动器课题描述轴对称线圈为直流供电衔铁居中但悬空在定子上方。分析顺序用axis2d宏建模完成建模后，加边条件求解后处理力磁动势误差范数电流磁力线路径图示能量电感“气隙”(mm)“线圈”部件“衔铁”部件材料号5(同衔铁)14励磁

直流施加到线圈:3安培性质

衔铁/定子:上述BH曲线

线圈:300匝,26线径，μr=1

空气:μr=1单位:毫米(mm)15对于大多数应用，通常指定电压，线圈电流是算出来的.26线规直径(Dw)=0.404mm(在20摄氏度下)铜电阻率(ρ)=17.14E-9Ω-m（在20摄氏度下）匝数(N)=300线圈中径为8mm(Rmid)均匀填充圆线圈的电阻为：

R=16000NρRmid

/Dw2

R=4.03Ω对于静态分析，12V电压相应的电流为2.98安，本分析采用3安。16参数化建模需要：

参数GAP必须定义

在命令行输入

gap=.5并回车

点取OK选择分网密度

Preproc>sizecntrl>basic17axis2s宏生成模型衔铁单元部件ARMATURE线圈面积参数ACOND线圈单元部件COIL在ANSYS命令窗口输入axis2s并回车，以建立模型18材料号1为空气完善边界条件 通量平行边界条件

Preproc>loads>apply>boundary>-fluxparl-lines选择模型边界上的所有线19如下方式定义材料号1（自由空间磁导率）

Preproc>materialprops>isotropic选择OK选择OK20给线圈平面加载线圈电流

Preproc>loads>apply>excitation>-currentdensity-areas选择线圈平面

选择OK21给衔铁加力边界条件标志

Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>CompForce 选择OK用不同的方法计算力，故加载两种标志Maxwell应力张量虚功选择ARMATURE22选择所有几何和有限元实体进行模拟Solution>electromagnetic>opt&solve选择OK（采用缺省设置进行求解）请确认23磁力线

Postproc>plotresults>2Dfluxlines注意漏磁位置线圈区定子上角定子与衔铁交界位置24计算力

Postproc>elec&magcalc>comp.force轴对称模型只产生垂直方向力定义单元表项

FVW_Y虚功Y方向力

FMX_YMaxwell应力Y方向力环状模型力总和选择OK25用与衔铁邻接的空气单元来计算衔铁力，并显示首先选择空气单元1)首先选择空气单元-材料属性为1

选择

Apply2)用Num/Pick从中选取邻近衔铁面空气单元用框选取26虚功方法计算垂直力并用等值图显示

Postproc>plotresults>elemtable在气隙中选取空气单元选择OK27用路径图示选项(PATH)能获得沿衔铁面的力的分布图必须定义路径

Postproc>pathoperations>definepath>bynodes点取节点2给一个任意的名字增加沿路径的数据采样点的数量点取节点1选择OK28路径定义信息如下路径内的结果插值是在总体坐标系下（与柱坐标系或其它局部坐标系相比）路径由直线组成29单元表项FVW_Y中的力必须插值到路径上

Postproc>pathoperations>mapontopath任意名选择ETAB.FVW-Y选择OK30将FVW_Y沿路径显示

Postproc>pathoperations-plotpathitems-ongeometry路径图示迭加在几何体上已定义将路径显示图缩放到一个较好的程度选择OK31节点作用在衔铁上的垂直方向力的路径图示32离路径节点节点1的距离路径上的力(F_Y)也能打印输出

Postproc>pathoperations>listpathitems选择OK33线圈Lorentz力（JxB）选择线圈区域并定义为一个部件。

Utility>select>comp/assembly>selectcomp/assembly

选择线圈为Lorentz力定义单元表Postpro>elementtable>definetable选择34任意名作用于整个圆环上的X方向的Lorentz

力选择

OK选择

Add35

线圈X方向Lorentz力的等值图

Postproc>elementtable>plotelemtable选择

OK36作用在线圈单元上的总力

Postpro>elementtable>sumofeachitem该操作作用于全部激活单元上相当于360°圆周上的受力

力单位为牛顿:N37根据节点磁场值差异估计误差，且作为单元表数据贮存

Postpro>mag&eleccalc>erroreval

B_ERR单位(T)H_ERR单位(Amps/m)BN_ERR和HN_ERR由最大值归一化38

BN_ERR能用磁力线图进行等值显示图示BN_ERR单元表项

Postpro>elementtable>plotelemtable选择OK激活NOERASE选择

Utility>plotcntrls>eraseoptions39图示磁力线

Postpro>plotresults>2Dfluxlines选择OK40线性和非线性材料的共能计算

Postpro>elec&magcalc>coenergy选择OK41也能计算贮能Postproc>elec&magcalc>energy注：铁的共能大约是贮能的8倍，表示铁的饱和效应所致42铁单元的磁导率能用等值图显示

Postpro>elementtable>选择ADDplane53单元在线帮助

选择OK

这是绝对磁导率43为了获得相对磁导率，单元表应乘以MUZ系数将自由空间磁导率赋予参数:MUZ=12.57x10-7

Postpro>elementtable>additems用已有名字自由空间磁导率参数不需要第二个单元表项选择OK44用等值图显示相对磁导率MUR

Postpro>elementtable>plotelemtable注意饱和区选择tOK45沿闭合线计算磁动势

MMF

确保整个模型都被激活必须定义围绕线圈的路径

Postpro>elec&magcalc>definepath>bynodes选取如图所示的7个节点，可从任一节点开始路径的最终节点应与起始节点是同一个跨越空气隙时，气隙两边的铁边界上各选取一个节点46完成路径定义由于铁与空气的界面处H值不连续，故应增加采样点的数目选择OK47绕闭合回线计算MMF

Postpro>elec&magcalc>MMF

选择OKMMF正负号由右手定则决定，路径的反时针方向与线圈电流的方向相反（对于轴对称模型，正电流方向为进行平面方向）48为了确定铁芯饱和程度，沿定子的中间部分定义一个路径并计算MMF选取节点1选取节点2MMF=-384A-t49输入的总安匝数为900，铁芯的中间部位有384安匝，也就是空气隙中只有519安匝（忽略其余铁芯中的磁动势）如果384安匝中的大部分都在空气隙中，磁力会有多大？对于本问题，电磁力至少会增加2倍。可用另一种方法显示这一点：将铁芯的磁导率设为1000，进行线性求解评述

50检查边界条件的正确与否非常