Ansoft HFSS的有限元理论基础

对于非线性问题时间步由于收敛困难变小显式时间积分当时间步小于临界时间步时稳定其中max由于时间步小显式分析对瞬态问题有效trainingmanualmarch2002inventory001630116max其中为波传播杆长l需要的时间注意
第 1章
概述
欢迎 !
• 欢迎使用ANSYS/LS-DYNA 显式动力学 培训手册!
SF=0 隐式方法
SF 0
S F = ma
显式方法
概述
… 显式－隐式方法的比较
隐式时间积分: • 时间t+Dt 时计算平均加速度－位移:
u t Dt K1 FtaDt
线性问题:
– 当[K] 是线性时无条件稳定 – 可以采用大的时间步
非线性问题:
– 通过一系列线性逼近(Newton-Raphson) 来获得解 – 要求对非线性刚度矩阵[K]求逆 – 收敛需要小的时间步 – 对于高度非线性问题无法保证收敛
Jobname.K
• • • • 在执行ANSYS SOLVE命令后自动生成的LS-DYNA 输入文件 包括存在于ANSYS数据库中的几何、载荷和材料数据 ASCII 输入文件 100% 相容于 LS-DYNA 版本960 能自动地通过EDWRITE命令生成:
Solution > Write Jobname.K
• • 完美的显式和隐式求解技术的结合 ANSYS 前后处理:
– 所有的显式动力学特定的命令有EDxx前缀
– 用户化ANSYS GUI能有效的执行显式问题 – 支持所有的固体建模和布尔操作 – 允许直接输入IGES, Pro/E, ACIS, Parasolid等几何模型 – 支持所有的ANSYS自由网格划分技术 – 可以使用APDL 和优化设计 – 支持所有的通用后处理器特性和动画宏 – 专业的时间－历程后处理器

-8.00
-10.00 2.00
4.00
6.00
8.00
10.00 12.00 Freq [GHz]
14.00
16.00
18.00
四、HFSS设计实例 设计实例
为提高仿真结果的准确性和可靠性， 为提高仿真结果的准确性和可靠性， 需要进一步对模型进行优化计算， 需要进一步对模型进行优化计算，包括放 大外空间尺寸、细化网格、 大外空间尺寸、细化网格、提高收敛精度 与此同时， 等，与此同时，对计算机的性能要求会随 之上升，需要根据现实条件进行取舍。 之上升，需要根据现实条件进行取舍。
三、HFSS的应用 的应用
光电器件仿真设计
半导体热器件： 半导体热器件：热敏电阻
HFSS的应用频率（30MHz~30GHz）达到光波波段，能够精确仿真 的应用频率（ 的应用频率 ）达到光波波段， 光电器件的特性。 光电器件的特性。
四、HFSS设计流程 设计流程
自适应网格剖分和求解过程
新建工程 网格剖 分细化 设置求解类型 否 创建设计模型 结果是 否收敛 是 分配材料属性 否 分配边界条件 扫频分析 分配端口激励 是 求解设置 数据后处理 求解频率、扫频设置 求解频率、 查看S参数、 查看 参数、 参数 场分布图等 是否需要 扫频分析 求解
二、HFSS原理 原理
有限元方法 (Finite Element Method , FEM)
自适应网格剖分技术
三、HFSS的应用 的应用
射频和微波无源器件设计
HFSS能够快速精确地计算各种射频 微波无源器件的电磁特性，得到 能够快速精确地计算各种射频/微波无源器件的电磁特性 得到S 能够快速精确地计算各种射频 微波无源器件的电磁特性， 参数、传播常数、电磁特性，优化器件的性能指标，并进行容差分析。 参数、传播常数、电磁特性，优化器件的性能指标，并进行容差分析。

参数设置
根据具体问题和模型特点，合理设置求解器参数， 如网格划分精度、收敛标准、迭代次数等。这些参 数的设置直接影响求解结果的准确性和计算资源的 消耗。
频率扫描和参数扫描设置
频率扫描
通过设置扫描频率范围和步长，可以 分析模型在不同频率下的性能表现。 频率扫描有助于了解模型的频域特性 和谐振点等信息。
04
结果分析与优化调 整
微带天线辐射特性分析
01
02
03
04
微带天线基本结构与工 作原理
辐射特性参数定义及计 算方法
HFSS仿真模型建立与求 解设置
辐射特性结果展示与讨 论
天线阵列综合与优化方法探讨
01
02
03
04
天线阵列基本概念及布阵方式
阵列综合方法介绍与比较
优化算法在天线阵列设计中的 应用
HFSS在天线阵列综合中的实 践案例
HFSS在雷达系统中的应用
阐述使用HFSS进行雷达系统微波组件设计的方法和步骤，包括天线设计、收发模块仿 真等。
应对策略与实例分析
分享针对雷达系统微波组件设计挑战的应对策略，并结合实际工程案例进行分析和讨论 ，如高性能天线设计、低噪声放大器优化等。
06
高级功能应用与拓展学习建议
Chapter
时域仿真功能介绍及案例分析
HFSS仿真分析
阐述使用HFSS对耦合器和功分器进行仿真分析 的方法和步骤，包括模型建立、激励设置、求解 和后处理等。
优化策略
提供针对耦合器和功分器性能优化的有效策略， 如结构优化、材料选择、电磁场调控等。
传输线效应在微波器件中的影响研究
传输线效应概述
简要介绍传输线效应的概念及其 在微波器件中的重要性，包括微 带线、共面波导等传输线的特性

A N S Y S有限元分析基本流程-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一章实体建模第一节基本知识建模在ANSYS系统中包括广义与狭义两层含义，广义模型包括实体模型和在载荷与边界条件下的有限元模型，狭义则仅仅指建立的实体模型与有限元模型。

建模的最终目的是获得正确的有限元网格模型，保证网格具有合理的单元形状，单元大小密度分布合理，以便施加边界条件和载荷，保证变形后仍具有合理的单元形状，场量分布描述清晰等。

一、实体造型简介1．建立实体模型的两种途径①利用ANSYS自带的实体建模功能创建实体建模：②利用ANSYS与其他软件接口导入其他二维或三维软件所建立的实体模型。

2．实体建模的三种方式(1)自底向上的实体建模由建立最低图元对象的点到最高图元对象的体，即先定义实体各顶点的关键点，再通过关键点连成线，然后由线组合成面，最后由面组合成体。

(2)自顶向下的实体建模直接建立最高图元对象，其对应的较低图元面、线和关键点同时被创建。

(3)混合法自底向上和自顶向下的实体建模可根据个人习惯采用混合法建模，但应该考虑要获得什么样的有限元模型，即在网格划分时采用自由网格划分或映射网格划分。

自由网格划分时，实体模型的建立比较1e单，只要所有的面或体能接合成一体就可以：映射网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形的面相接而成。

二、ANSYS的坐标系ANSYS为用户提供了以下几种坐标系，每种都有其特定的用途。

①全局坐标系与局部坐标系：用于定位几何对象(如节点、关键点等)的空间位置。

②显示坐标系：定义了列出或显示几何对象的系统。

③节点坐标系：定义每个节点的自由度方向和节点结果数据的方向。

④单元坐标系：确定材料特性主轴和单元结果数据的方向。

1．全局坐标系全局坐标系和局部坐标系是用来定位几何体。

在默认状态下，建模操作时使用的坐标系是全局坐标系即笛卡尔坐标系。

总体坐标系是一个绝对的参考系。

ANSYS提供了4种全局坐标系：笛卡尔坐标系、柱坐标系、球坐标系、Y-柱坐标系。