workbench电机电磁场有限元分析

ansys maxwell+workbench 2021 电机多物理场耦合1. 引言1.1 概述本文旨在介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021在电机多物理场耦合方面的应用。

随着现代电力技术的迅猛发展，电机在各个领域中扮演着重要角色。

然而，电机设计与优化面临着许多复杂的问题，包括电磁场、结构和热场等多种物理场的相互影响。

因此，通过使用ANSYS Maxwell+Workbench工具来实现电机多物理场耦合模拟是一种有效的方法。

1.2 文章结构本文将分为五个部分进行阐述。

首先，在引言部分进行概述，并介绍文章结构。

第二部分将简要介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021工具的基本背景和功能特点。

接下来的第三部分将解析电机多物理场耦合的概念和原理，以便读者更好地了解该主题。

第四部分将重点介绍ANSYS Maxwell+Workbench在电机多物理场耦合中的应用，包括Maxwell在电磁场建模中的应用以及Workbench 在结构和热场建模中的应用，并通过实例讲解详细说明其使用方法。

最后，在第五部分对实验结果进行总结与分析，并展望该领域未来的发展趋势和应用前景。

1.3 目的本文的目的是向读者介绍ANSYS Maxwell+Workbench 2021工具在电机多物理场耦合中的应用。

通过了解该工具的基本背景、功能特点以及原理，读者能够更好地了解电机设计优化过程中多物理场相互耦合的问题，并学习如何使用ANSYS Maxwell+Workbench进行模拟和分析。

希望该文章能为电机设计和优化提供一定的指导，并对相关领域的研究人员和工程师有所帮助。

2. ANSYS Maxwell+Workbench 2021简介：2.1 ANSYS Maxwell简介：ANSYS Maxwell是一款电磁场仿真软件，旨在帮助工程师和设计师将电磁设计与虚拟原型建模相结合。

它提供了广泛的功能和工具，用于建模、分析和优化各种设备和系统中的电磁场问题。

学会使用AnsysWorkbench进行有限元分析和结构优化Chapter 1: Introduction to Ansys WorkbenchAnsys Workbench是一款广泛应用于工程领域的有限元分析和结构优化软件。

它的功能强大，能够帮助工程师在设计过程中进行力学性能预测、应力分析以及结构优化等工作。

本章节将介绍Ansys Workbench的基本概念和工作流程。

1.1 Ansys Workbench的概述Ansys Workbench是由Ansys公司开发的一套工程分析软件，主要用于有限元分析和结构优化。

它集成了各种各样的工具和模块，使得用户可以在一个平台上进行多种分析任务，如结构分析、热分析、电磁分析等。

1.2 Ansys Workbench的工作流程Ansys Workbench的工作流程通常包括几个基本步骤：（1）几何建模：通过Ansys的几何建模功能，用户可以创建出需要分析的结构的几何模型。

（2）加载和边界条件：在这一步骤中，用户需要为结构定义外部加载和边界条件，如施加的力、约束和材料特性等。

（3）网格生成：网格生成是有限元分析的一个关键步骤。

在这一步骤中，Ansys Workbench会将几何模型离散化为有限元网格，以便进行分析计算。

（4）材料属性和模型：用户需要为分析定义合适的材料属性，如弹性模量、泊松比等。

此外，用户还可以选择适合的分析模型，如静力学、动力学等。

（5）求解器设置：在这一步骤中，用户需要选择适当的求解器和设置求解参数，以便进行分析计算。

（6）结果后处理：在完成分析计算后，用户可以对计算结果进行后处理，如产生应力、位移和变形等结果图表。

Chapter 2: Finite Element Analysis with Ansys Workbench本章将介绍如何使用Ansys Workbench进行有限元分析。

我们将通过一个简单的示例，演示有限元分析的基本步骤和方法。

workbench maxwell热磁耦合题目: Workbench Maxwell热磁耦合分析及其应用摘要: Workbench Maxwell是一款强大的电磁设计和仿真软件，可以进行热磁耦合分析。

本文将介绍Workbench Maxwell热磁耦合的原理和方法，并探讨其在不同领域的应用。

引言:热磁耦合分析是一种综合了热场和磁场的物理现象的仿真方法。

随着科学技术的发展，热磁耦合在多个领域中的应用越来越广泛。

Workbench Maxwell作为一款专业的热磁耦合分析软件，能够提供准确的仿真结果，有着重要的实际意义。

本文将以Workbench Maxwell热磁耦合为主题，详细介绍其原理、方法和应用。

一、Workbench Maxwell热磁耦合的原理Workbench Maxwell热磁耦合分析的原理基于磁场和热场之间的相互耦合关系。

磁场通常由电磁铁、电磁线圈等器件产生，而热场则是由电流通过导体引起的电阻发热效应。

由于热的产生和传递与磁场的分布和变化有关，因此磁场和热场之间存在着耦合关系。

Workbench Maxwell通过求解Maxwell方程组和热传导方程，实现热磁耦合的分析。

Maxwell方程组描述了磁场的分布和变化，包括麦克斯韦方程和电磁介质的本构关系。

热传导方程则描述了热场的传输过程，包括热传导的热量传递和温度分布。

通过将这两个方程组耦合，可以描述磁场和热场的相互作用，并得出准确的仿真结果。

二、Workbench Maxwell热磁耦合的方法1. 几何建模: 首先需要进行几何建模，包括导体、电磁铁和其他磁场和热场相关的器件。

使用Workbench Maxwell提供的建模工具，可以快速准确地构建几何模型。

2. 材料建模: 然后需要对材料进行建模，包括选择适当的导体材料和磁性材料，并设定其相应的热学和磁学参数。

Workbench Maxwell提供了广泛的材料库，用户可以根据需要选择合适的材料。

基于ANSYS Workbench平台的电机电磁噪声仿真分析电动机与发电机等电力设备的噪声起因很多，有电磁振动噪声、机械噪声及流致噪声等等，本文通过ANSYS公司的官方案例为操作背景，详细介绍如何将作用在定子上的瞬态电磁力作为结构谐响应分析的载荷计算振动噪声。

1.电磁模型建立与分析如图1所示为一个电机模型，电机的额定输出功率为550W，额定电压为220V，极对数为4，定子齿数为24个，转子的转速为1500rpm，求电磁振动产生的噪声大小。

本算例使用的模块如下：RMxprt模块：建立电机类型；Maxwell模块：2D瞬态电磁场计算；Structural模块：3D谐响应分析计算；Acoustics ACT模块：噪声计算注：Acoustics ACT模块需要单独安装，请用户到官方网站上自行下载。

图1电机模型电机的电路模型如图2所示。

图2电机电路模型1）启动Workbench。

在Windows XP下单击“开始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench 15命令，即可进入Workbench主界面。

2）保存工程文档。

进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存为“zhendongzaosheng.wbpj”，单击Getting Started窗口右上角的（关闭）按钮将其关闭。

3）双击Toolbox→Analysis System→RMxprt模块建立项目A，如图3所示。

4）双击项目A中的A1栏进如RMxprt电机设置平台，如图4所示。

图3RMxprt模块图4RMxprt平台5）依次选择菜单RMxprt→Machine Type，在弹出的电机类型选择对话框中单击Generic Rotating Machine选项，单击OK按钮，如图5所示。

6）单击Project Manager→RMxprt→Machine选项，在下面出现属性设置对话框中作如下设置：在Source Type栏中选择AC选项；在Structure栏中选择Inner Rotor选项；在Stator Type栏中选择SLOT_AC选项；在Rotor Type栏中选择PM_INTERIOR选项，如图6所示。

基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体的仿真所面临的问题包括：（1）模型的简化。

这一步包含的问题最多。

实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。

这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。

在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。

（2）零件之间的联接。

装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。

我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。

如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。

如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？（3）材料属性的考虑。

在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。

我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。

但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。

此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。

电机设计及有限元分析详细介绍：随着电⽓化和产品智能化⽔平的提⾼，电机、变压器以及⾼低压电器在各种装备和⽣活中的应⽤越来越多，电机和电器朝着容量⼤型化、体积⼩型化以及智能化的⽅向发展。

现今的电机电器设计⾯临着更复杂的技术挑战，只有充分运⽤现代⼯程仿真技术才能应对这些挑战。

典型应⽤领域1）电磁仿真。

电磁仿真在电机电器设计中扮演⾮常重要的⾓⾊，电磁仿真可以预测电磁转换的效率、各个部件的损耗和发热量、电磁⼒/⼒矩等参数，是进⼀步进⾏热仿真和结构仿真的基础；2）电场仿真。

随着电器设备容量和⼯作电压的提⾼，电场仿真的必要性性更加迫切，电场仿真能够预测设备的绝缘性、放电和击穿的可能性等性能指标；3）热仿真。

过热会使电机的可靠性降低，甚⾄于烧毁，因此热分析与热设计在电机电器设计中⾮常重要，热分析可以优化冷却⽅案，改善冷却效果。

4）结构强度、疲劳仿真。

利⽤结构分析软件研究电机电器在机械载荷和热载荷作⽤下的强度、刚度、振动和疲劳寿命，可提⾼设备的可靠性。

5）噪声分析。

模拟结构振动噪声和电磁噪声。

电磁仿真稳态磁场分析: 激励不随时间变化,如永磁体的磁场、稳恒电流产⽣的磁场等谐性磁场分析: 激励按正余弦规律变化,如感应式电机瞬态磁场分析: 激励随时间⽆规律变化混合励磁车⽤发电机三维电磁场有限元⽹格发电机永磁励磁的磁密分布转⼦磁感应强度⽮量右视图定⼦磁感应强度⽮量值定⼦磁场强度标量值定⼦磁场强度⽮量值转⼦磁场强度⽮量通过温度场计算,得到电机整机或部件的温度分布、热量的获取和损失、热梯度、热流密度等.稳态温度场分析:热源不随时间变化瞬态温度场分析:热源随时间变化定⼦铁⼼与机座温度分布上机架和定⼦温度分布电机流场分析电机结构分析部件刚强度计算接触应⼒计算固有频率计算动态响应计算临界转速计算⾼速发电机转⼦轴应⼒计算发电机转⼦轴应⼒计算定⼦和上机架联合计算序号⼯况载荷1起吊运输⼯况⾃重额定扭矩，正常运⾏⼯况2正常运⾏⼯况磁拉⼒，⾃重，温升半数磁极短路磁拉⼒3半数磁极短路⾃重，温升4地震⼯况地震加速度正常运⾏⼯况结构综合应⼒正常运⾏⼯况结构径向变形半数磁极短路⼯况结构综合应⼒半数磁极短路⼯况结构径向变形下机架有限元模型图结构应⼒分布云图载荷:⽔推⼒、机组转动、部分总重量定⼦铜环引线结构强度计算循环对称模型定⼦铜环引线结构整体应⼒分布短路⼯况,铜环引线发热定⼦铜环引线⽀架应⼒分布定⼦铜环引线结构变形分布主轴法兰强度分析发电机最⼤容量时主轴法兰应⼒强度发电机半数磁极短路⼯况时主轴法兰应⼒强度联轴器应⼒和紧量计算汽轮发电机转⼦齿头和槽楔应⼒计算计算模型应⼒分布发电机端部振动模态分析俄制500MW汽轮发电机定⼦端部振动模态分析电磁⼲扰⼒下的定⼦振动定⼦铁⼼的各个部位响应值曲线临界转速计算传递矩阵法计算有限元法计算⽂章来源：伺服与运动控制。

第18章 电磁场分析 在电磁学里，电磁场是一种由带电物体产生的物理场，处于电磁场的带电物体会感受到电磁场的作用力。

★18.1 电磁场基本理论电磁场理论由一套麦克斯韦方程组描述，分析和研究电磁场的出发点就是对麦克斯韦方程组的研究。

18.1.1 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组实际上是由4个定律组成，分别是安培环路定律、法拉第电磁感应定律、高斯电通定律（简称高斯定律）和高斯磁通定律（亦称磁通连续性定律）。

1. 安培环路定律无论介质和磁场轻度H 的分布如何，磁场中的磁场强度沿任何一条闭合路径的线积分等于穿过该积分路径所确定的曲面的电流总和，这里的电流包括传导电流（自由电荷产生）和位移电流（电场变化产生），利用积分表示为：()D Hdl J dS tΓΩ∂=+∂∫∫∫ （18-1）ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通 式中，J 为传导电流密度矢量（A/m 2），D t∂∂为位移电流密度，D 为电通密度（C/m 2）。

2. 法拉第电磁感应定律 闭合回路中的感应电动势与穿过此回路的磁通量随时间的变化率成正比，利用积分表示为：(B Edl J dS tΓΩ∂=−+∂∫∫∫ （18-2） 式中，E 为电场强度（V/m ），B 为磁感应强度（T 或Wb/m 2）。

3. 高斯电通定律在电场中，不管电解质与电通密度矢量的分布如何，穿出任何一个闭合曲面的电通量等于已闭合曲面所包围的电荷量，这里的电通量也就是电通密度矢量对此闭合曲面的积分，积分形式表示为：v S DdS dv ρ=∫∫∫∫∫ （18-3）式中，ρ为电荷体密度（C/m 3）。

4. 高斯磁通定律在磁场中，不论磁介质与磁通密度矢量的分布如何，穿出任何一个闭合曲面的磁通量恒等于零，这里的磁通量即为磁通量矢量对此闭合曲面的有向积分，用积分形式表示为： 0SBdS =∫∫ （18-4） 式（18-1）~式（18-4）还分别有自己的微分形式，也就是微分形式的麦克斯韦方程组，分别对应式（18-5）~式（18-8）：D H J t ∂∇×=+∂ （18-5） B E t ∂∇×=∂ （18-6）D ρ∇= （18-7）0B ∇=（18-8）在电磁场计算中，经常对上述这些偏微分进行简化，以便能够用分离变量法、格林函数等求得电磁场的解，其解的形式为三角函数的指数形式以及一些用特殊函数表示的形式。