二维静态分析

二维静态分析第1页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-2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）第2页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-3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

相对磁导率第3页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-4μ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第4页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-5BH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OK第5页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-6BH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第6页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-7数据也可列成表格.这种表格也能人工制成

Utility>list>properties>datatables选择OK第7页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-8BH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)第8页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-9BH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)

790.0.771575.1.102365.1.307875.1.5015750.1.5631500.1.6347245.1.6678740.1.70第9页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-10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OK第10页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-11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>list第11页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-12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**2第12页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-13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数据的材料属性第13页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-14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)第14页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-15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)第15页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-16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。第16页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-17参数化建模需要：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>basic第17页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-18axis2s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，以建立模型第18页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-19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第19页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-20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OK第20页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-21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OK第21页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-22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ARMATURE第22页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-23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）请确认第23页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-24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第24页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-25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OK第25页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-26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第26页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-27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OK第27页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-28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OK第28页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-29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）路径由直线组成第29页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-30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OK第30页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-31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OK第31页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-32节点作用在衔铁上的垂直方向力的路径图示第32页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-33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OK第33页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-34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选择第34页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-35任意名作用于整个圆环上的X方向的Lorentz力选择OK选择Add第35页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-36线圈X方向Lorentz力的等值图

Postproc>elementtable>plotelemtable选择OK第36页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-37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:N第37页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-38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由最大值归一化第38页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-39

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>eraseoptions第39页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-40图示磁力线

Postpro>plotresults>2Dfluxlines选择OK第40页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-41线性和非线性材料的共能计算

Postpro>elec&magcalc>coenergy选择OK第41页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-42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第42页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-43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这是绝对磁导率第43页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-44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OK第44页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-45用等值图显示相对磁导率MUR Postpro>elementtable>plotelemtable注意饱和区选择tOK第45页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-46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第46页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-47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OK第47页，课件共52页，创作于2023年2月2.3-48绕闭合回线计算MMFPostpro