Ansys电磁场分析简介

第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法）6.1何时使用棱边元方法在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位A来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可通过使用棱边元方法予以消除。

这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。

在大多数实际3-D分析中，推荐使用这种方法。

在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。

另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。

用棱边元方法分析的典型使用情况有：·电机·变压器·感应加热·螺线管电磁铁·强场磁体·非破坏性试验·磁搅动·电解装置·粒子加速器·医疗和地球物理仪器《ANSYS理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。

这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法型函数的信息。

对于ANSYS的SOLID117棱边单元，自由度是矢量位A沿单元边切向分量的积分。

物理解释为：沿闭合环路对边自由度（通量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。

正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。

磁通量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。

在ANSYS中，AZ表示边通量自由度，它在MKS单位制中的单位是韦伯（Volt·Secs），SOLID117是20节点六面体单元，它的12个边节点（每条边的中间节点）上持有边通量自由度AZ。

单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。

在动态问题中，8个角节点上持有时间积分电势自由度VOLT。

ANSYS程序可用棱边元方法分析3-D静态、谐波和瞬态磁场问题。

（实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同），具体参见第7章，第8章。

6.2单元边方法中用到的单元表 1三维实体单元6.3物理模型区域的特性与设置对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。

ANSYS在无线电力传输系统中的应用
ANSYS是一种多领域的工程仿真软件，在无线电力传输系统中有广泛的应用。

下面将介绍ANSYS在无线电力传输系统中的主要应用。

在无线电力传输系统的设计中，ANSYS可以用于电磁场分析。

无线电力传输系统主要通过电磁感应原理进行能量传输，因此电磁场分析是设计过程中的关键步骤。

ANSYS的电磁场分析模块可以帮助工程师模拟和分析电磁场的分布和变化，从而确定无线电力传输系统的电磁性能。

ANSYS还可以用于无线电力传输系统的结构设计和优化。

无线电力传输系统包括发射端和接收端的结构设计，其中涉及到传输设备的形状、大小、材料等参数的选择。

ANSYS 提供了结构分析模块，可以对传输设备的结构进行强度分析和优化，确保其在传输过程中不会发生变形或失效。

ANSYS在无线电力传输系统中的应用非常广泛，包括电磁场分析、结构设计和优化、热分析以及电源设计和分析等方面。

通过使用ANSYS，工程师可以更好地理解和优化无线电力传输系统的性能和可靠性，提升系统的工作效率和稳定性。

ANSYSMaxwell涡流场分析案例教学内容ANSYS Maxwell涡流场分析案例教学内容涡流场分析是工程领域中一项重要的技术，可以用来研究电磁场中的涡流现象。

ANSYS Maxwell是一款强大的电磁场仿真软件，提供了丰富的工具和功能，用于分析和优化电磁设备和系统。

在本文中，我们将介绍一些ANSYS Maxwell涡流场分析的案例教学内容。

1. 涡流场分析基础在进行涡流场分析之前，首先需要了解涡流场的基本概念和原理。

涡流场是指当导体材料被交变电磁场穿过时，由于电磁感应作用而产生的涡流现象。

涡流会产生额外的能量损耗和热量，对电磁设备的性能和效率有重要影响。

因此，通过涡流场分析可以评估和改进电磁设备的设计。

2. 涡流场分析建模在进行涡流场分析之前，需要对电磁设备进行建模。

ANSYS Maxwell提供了多种建模工具，可以根据实际情况选择合适的建模方法。

例如，可以使用几何建模工具创建三维模型，或者使用参数化建模工具进行参数化建模。

建模过程中需要考虑材料的电磁特性和几何形状对涡流场的影响。

3. 涡流场分析设置在进行涡流场分析之前，需要设置分析的参数和条件。

ANSYS Maxwell提供了丰富的分析设置选项，可以根据实际需求进行设置。

例如，可以设置交变电磁场的频率、幅值和相位，以及材料的电导率和磁导率等参数。

通过合理设置分析参数，可以获得准确的涡流场分析结果。

4. 涡流场分析结果在进行涡流场分析之后，可以获得涡流场的分析结果。

ANSYS Maxwell提供了多种结果输出选项，可以直观地显示涡流场的分布和特性。

例如，可以显示涡流密度、涡流功率损耗和涡流温度等参数。

通过分析结果，可以评估电磁设备的性能和效率，并进行优化设计。

5. 涡流场分析案例下面我们将介绍几个涡流场分析的案例，以帮助读者更好地理解和应用ANSYS Maxwell软件。

案例一：涡流制动器设计涡流制动器是一种常用的制动装置，通过涡流场的产生和作用来实现制动效果。

第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元方法）7.1 用棱边元方法进行谐波分析3-D谐波磁场分析（棱边元方法）与静态分析的特点基本相同，但前者只支持线性材料特性分析。

电阻和相对磁导率可以是正交各向异性，也可以与温度相关。

谐波分析仍使用SOLID117单元。

详见《ANSYS单元手册》和《ANSYS理论手册》。

7.1.1 物理模型区域的设置和特性ANSYS程序提供了几个选择用于处理3-D磁场分析中的不同的终端条件，以下图示导体的不同的终端条件：载流块导体DOFs: AZ, VOLT材料特性：m r(MURX), r(RSVX)特殊特性：耦合VOLT自由度，给单个节点加总电流(F,,amps)。

注：带有净电流的短路条件，净电流不受环境影响。

开路导体DOFs: AZ, VOLT材料特性：m r(MURX), r(RSVX)注：对对称性结构，令一面的VOLT=0，再耦合另一面的节点。

对3-D结构，令一个节点的VOLT=0。

载流绞线圈DOFs: AX, AY, AZ材料特性：m R(MURX)7.1.2 速度效应在交流（AC）激励下，运动导体的某些特殊情况是可以求解电磁场的。

速度效应在静态、谐波和瞬态分析中都有效。

第2章“二维静态磁场分析”中讨论了运动导体分析的应用情况和限制条件。

对于3D问题，设置单元KEYOPT选项和实常数的过程相似于2D谐波分析。

在谐波分析中，所加速度为常数，不作正弦变化（线圈或场激励为正弦变化），且垂直于运动方向的运动体截面应保持常数。

通过设置单元的KEYOPT（2）=1来激活速度效应，带运动导体的3D谐波分析同样需要运动导体区域具有时间积分电势自由度（VOLT），这通过设置单元的KEYOPT（1）=1（AZ和VOLT自由度）来实现。

运动导体分析中能设置的实常数如下表所示：可用谐波分析来仿真静场激励下的运动导体，为了表示静场，需将谐波的频率设置得很低，通常，谐波频率小于0.0001HZ就能产生准静态解，准静态解的结果是存放在实部里的。

ANSYSMawell涡流场分析案例ANSYS Maxwell涡流场分析案例涡流场分析是一种基于涡流现象的电磁场分析方法，广泛应用于机电、变压器、感应加热等电磁设备的设计和优化。

ANSYS Maxwell是一款专业的电磁场仿真软件，可以进行涡流场分析，并提供详尽的结果和分析。

在本案例中，我们将以一个感应加热器为例，介绍如何使用ANSYS Maxwell进行涡流场分析。

感应加热器是一种利用涡流效应产生热能的设备，常用于金属加热、热处理等工业领域。

首先，我们需要准备感应加热器的几何模型。

可以使用ANSYS DesignModeler或者其他CAD软件进行建模，将感应加热器的几何形状导入到ANSYS Maxwell 中。

接下来，我们需要定义材料属性。

对于感应加热器的材料，普通使用导电材料，如铜、铝等。

在ANSYS Maxwell中，我们可以选择相应的材料模型，并设置导电率等材料属性。

然后，我们需要定义边界条件。

感应加热器普通通过电感耦合的方式产生涡流，因此我们需要在感应加热器表面施加电压或者电流边界条件。

根据具体情况，我们可以选择施加恒定电压或者电流，或者根据时间变化的电压或者电流进行仿真。

完成几何模型、材料属性和边界条件的定义后，我们可以进行网格划分。

ANSYS Maxwell提供了多种网格划分算法和参数设置，可以根据需要选择合适的方法进行网格划分。

通常情况下，我们需要保证网格密度足够细致，以准确捕捉涡流场的细节。

完成网格划分后，我们可以进行涡流场分析。

在ANSYS Maxwell中，我们可以选择求解器和设置求解参数。

对于涡流场分析，普通使用瞬态求解器，并设置仿真的时间范围和时间步长。

根据具体情况，我们还可以设置其他参数，如收敛准则、求解精度等。

在求解过程中，ANSYS Maxwell将根据边界条件和材料属性计算涡流场的分布。

求解完成后，我们可以查看涡流场的结果，并进行后处理分析。

ANSYS Maxwell提供了丰富的后处理工具，可以绘制涡流场的矢量图、剖面图、动画等，以及计算涡流场的各种参数，如涡流损耗、感应电流等。

ANSYS模块介绍分析功能覆盖了自然界的四种场具有独一无二的多场耦合分析功能--------------------------------------------------------------------------------使用特点与用户的长期沟通使ANSYS拥有了人见人爱的特异功能功能完备的前后处理器使ANSYS易学易用强大的图形处理能力及得心应手的实用工具使使用者轻松愉快ANSYS奇特的多平台解决方案使用户物尽其用丰富、强健、高速、可靠的求解器ANSYS和流行的CAD软件均有接口--------------------------------------------------------------------------------专用模块高速变形和高度非线性模块－ANSYS/LS-DYNA(冲击、爆炸、碰撞、实体成形、板成形) 边界元流体动力学模块ANSYS/LINFLOW(水下结构振动、气弹颤振分析)土木工程专用模块ANSYS/CivilFEM疲劳分析专用模块ANSYS-SAFE电子封装、结构及热分析专用模块ANSYS/AnsPak子模型：子模型允许把模型中的某一局部结构与其余部分分开，细致构造该局部模型并重新划分细网格进行更详细的分析，这个精细的局部模型称为子模型。

利用子模型可以在不增加整个模型复杂性和计算量的前提下获得结构中特定区域更为准确的结果。

子结构ANSYS通过把部分单元等效为一个独立单元（超单元，又称子结构）可大大节省求解运算时间或提高建模效率。

单元死活单元死活可以用来模拟材料添加与去除过程，如：山体开挖，大坝修筑，焊接过程，溶化过程。

参数化设计语言（APDL）ANSYS依靠命令驱动，APDL是一个能将ANSYS命令有机组织起来完成系统分析的工具。

APDL具有计算机语言要素，如：循环、判断、分支、变量及数组、子过程（宏）、数学函数、ANSYS函数等、变量（参数）等要素使用户应用APDL进行系列产品的分析和优化设计。

第十一章磁宏11.1 什么是电磁宏电磁宏是ANSYS宏命令，其主要功能是帮助用户方便地建立分析模型、方便地获取想要观察的分析结果。

目前，ANSYS提供了下列宏命令，可用于电磁场分析：·CMATRIX：计算导体间自有和共有电容系数·CURR2D：计算二维导电体内电流·EMAGERR：计算在静电或电磁场分析中的相对误差·EMF：沿预定路径计算电动力（emf）或电压降·FLUXV：计算通过闭合回路的通量·FMAGBC：对一个单元组件加力边界条件·FMAGSUM：对单元组件进行电磁力求和计算·FOR2D：计算一个体上的磁力·HFSWEEP：在一个频率范围内对高频电磁波导进行时谐响应分析，并进行相应的后处理计算·HMAGSOLV：定义2-D谐波电磁求解选项并进行谐波求解·IMPD：计算同轴电磁设备在一个特定参考面上的阻抗·LMATRIX：计算任意一组导体间的电感矩阵·MAGSOLV：对静态分析定义磁分析选项并开始求解·MMF：沿一条路径计算磁动力·PERBC2D：对2—D平面分析施加周期性约束·PLF2D：生成等势的等值线图·PMGTRAN：对瞬态分析的电磁结果求和·POWERH：在导体内计算均方根（RMS）能量损失·QFACT：根据高频模态分析结果计算高频电磁谐振器件的品质因子·RACE：定义一个“跑道形”电流源·REFLCOEF：计算同轴电磁设备的电压反射系数、驻波比、和回波损失·SENERGY：计算单元中储存的磁能或共能·SPARM：计算同轴波导或TE10模式矩形波导两个端口间的反射参数·TORQ2D：计算在磁场中物体上的力矩·TORQC2D：基于一个圆形环路计算在磁场中物体上的力矩·TORQSUM：对2-D平面问题中单元部件上的Maxwell力矩和虚功力矩求和本章对这些宏有详细描述。

ANSYS 介绍及对计算的意义1．引言ANSY是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型通用有限元软件，广泛应用于水利、铁路、汽车、造船、流体分析等工业领域，可在微机或工作站上运行，能够进行应力分析、热分析、流场分析、电磁场分析等多物理场分析及耦合分析，并且具有强大的前后处理功能。

ANSY的流场分析求解模块FLOTRAN基于能量守恒、质量守恒和动量守恒, 能求解流场速度、压力、温度分布等参数。

利用ANSY软件对干气密封面结构处的流场进行仿真分析，能够为干气密封面结构的合理设计提供理论依据[01]。

ANSY公司成立于1970年，总部设在美国的宾夕法尼亚洲，目前是世界CAE 行业中最大的公司。

其创始人John Swanso博士为匹兹堡大学力学教授、有限元界权威。

在30多年的发展过程中，ANSY不断改进提高，功能不断增强，目前最新的版本已发展到10.0版本，本文分析使用的是ANSYS 8.0。

2. ANSYSB介1970年成立的美国ANSY公司是世界CAE亍业最著名的公司之一，长期以来一直致力于设计分析软件的开发、研制，其先进的技术及高质量的产品赢得了业界的广泛认可。

在我国，ANSY用户也越来越多，三峡工程、二滩电站、黄河下游特大型公路斜拉桥、国家大剧院、浦东国际机场、上海科技城太空城、深圳南湖路花园大厦等在结构设计时都采用了ANSY作为分析工具【°2】。

ANSY的界面非常友好，有些类似于AUTOCAD 其使用方法也和AUTOCAD相似的地方：GU方式和命令流方式。

GUI(Graphical User Interface) 方式即通过点击菜单项，在弹出的对话框中输人参数并进行相应设置从而进行问题的分析和求解：命令流方式是指在ANSY的命令流输入窗口输入求解所需的命令，通过执行这些命令来实现问题的解答。

GU方式较容易掌握，但是在熟悉了ANSY的命令之后，使用命令流方式要比GU方式效率高出许多【°3】。