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一周总结报告一、ANSYS学习1.学习情况目前正在边看书籍边操作ANSYS系统，已经了解了ANSYS的基本操作系统以及ANSYS 分析过程的三大步骤，大体上知道了它的整个工作流程。
目前正在深入仔细学习每一部分的详细步骤。
现在已经学习了ANSYS有限元分析典型步骤、实体建模、网格划分、创建有限元模型，正在学习加载和求解这一部分。
2.理论知识(1)网格划分与创建有限元模型①设置单元属性，包括：a.选择单元类型，如常用的有PLANE13，PLANE53，INFIN110；在Element Type中设置；b.设置单元实常数，如线圈横截面积、匝数、导体填充率等；c.设置材料属性，如泊松比、材料密等；d.设置单元坐标系统。
②通过网格划分工具设置网格划分属性包括：a.单元属性分配设置，作用是在网格划分之前为模型(包括实体和有限元模型)分配单元属性；b.智能划分水平控制；c.单元尺寸控制，单元尺寸的意思是单元边的长度。
③实体模型的划分ANSYS有两种方式对实体模型进行网格划分。
映射网格划分方法：最大特点就是必须使用形状规则的单元划分，对于面对象必须使用三角形单元或四边形单元，对于体对象只能使用六面体单元。
故划分对象必须形状规则。
不是任何形状的对象都能用映射网格划分。
(2)加载和求解有限元分析的主要目的在于得到系统在特定激励源和边界条件下的响应。
这些激励以及边界条件统称为载荷。
所以载荷包括边界条件和激励。
磁场分析中常见的载荷有磁势、磁通量边界条件等。
载荷分为六大类：自由度约束、集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。
关于载荷步、子步和平衡迭代，通过阅读理论知识自己的理解的总结是：一个实际加载过程需要多次施加不同的载荷才能满足要求，每一步就称为一个载荷步。
一个载荷步可以通过多个子步来逐渐施加。
平衡迭代用于考虑收敛的非线性分析。
3.仿真结果目前按照教程的步骤将ANSYS从建立模型到加载求解再到查看后处理器的整个分析过程大体操作了一遍，目的就是先通过简单模型熟练ANSYS的整体操作。
ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章 2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
二维瞬态磁场有限元建模及计算有限元法作为一种强有力的工程分析方法被广泛地应用于各种研究领域。
对于电气工程领域，有限元法同样是用于各类电磁场、电磁波工程问题定量分析与优化设计的最主要的数值方法，并且无一例外地是构成各种先进、有效的计算软件包的基础。
在有限元法的基础理论、应用技术及其应用于解决电磁装置的瞬态过程分析等相关方面进行了深入的研究与探讨，该工作对于发展瞬态电磁场问题的数值计算方法具有重要的意义。
标签：电气工程；瞬态电磁场；有限元法1 有限元分析软件——ANSYS发展及功能随着科学技术的迅速发展，以及许多相关学科成果不断渗透到电磁场分析领域，使得电磁场理论的研究工作得到更加深入的发展。
人们从关注电磁场的稳态性能发展到研究电磁场的瞬态性能。
经过不断地发展，有限元方法迅速从结构工程强度分析扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种应用广泛且实用高效的数值分析方法。
不仅使各种不同的有限元方法形态丰富，理论基础完善，而且己经开发了一批有效的通用和专用有限元软件，这些软件已经成功地解决了国际工程等领域中的众多大型科学和工程难题。
有限元软件已经成为推动科技进步和社会发展的生产力，并且取得了巨大的经济和社会效益。
在众多可用的通用和专用有限元软件中，ANSYS已经成为紧跟计算机硬软件发展的最新水平、功能丰富、用户界面友好、前后处理和图形功能完备、使用高效的有限元软件系统。
它拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器，保证了它能够高效地求解各类结构的静力、动力、振动、线形和非线形问题，稳态和瞬态热分析问题，静态和时变电磁场问题，压缩与不可压缩的流体力学问题，以及多场耦合问题。
此外其结构模型化功能和分析功能较强，解题规模大，计算效率高，能够适应广泛的工程领域，而且经过长期的使用与维护，比较可靠。
在实际电磁场的分析与计算中，ANSYS软件提供了完整的电磁场分析模块，可以用来分析电磁领域多方面的问题，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线、力、运动效应、电路和能量损耗等。
AnsysMaxwell在⼯程电磁场中的应⽤1——⼆维分析技术学习⾃：《Ansoft12在⼯程电磁场中的应⽤》赵博、张洪亮等编著软件版本：ANSYS2019R3（1.9.7）1.1 界⾯环境左侧为⼯程管理栏，可以管理⼀个⼯程⽂件中的不同部分或管理⼏个⼯程⽂件。
其下⽅为⼯程状态栏，在对某⼀物体或属性操作时，可在此看到操作的信息。
最下⽅并排的是⼯程信息栏，该栏显⽰⼯程⽂件在操作时的⼀些详细信息，例如警告提⽰，错误提⽰，求解完成等信息。
在旁边的⼯程进度栏内主要显⽰的是求解进度，参数化计算进度等，该进度信息通常会⽤进度条表⽰完成的百分⽐。
在屏幕中部是⼯程树栏，在此可以看到模型中的各个部件及材料属性、坐标系统等关键信息，也⽅便⽤户对其进⾏分别管理。
在操作界⾯最右侧较⼤区域为⼯程绘图区，⽤户可以在此绘制所要计算的模型，也可以在此显⽰计算后的场图结果和数据曲线等信息。
如果不⼩⼼将这⼏个区域给关闭了，还可以在 View 菜单栏中将其对应项前的对号勾上，则对应的区域会重新显⽰出来。
部分快捷操作按钮如下：新建 Maxwell 3D ⼯程，新建 Maxwell 2D ⼯程，新建电路⼯程，新建 RMxprt ⼯程。
新建，打开，保存，关闭等。
复制，剪切，粘贴，撤销等。
调整视图：移动、旋转、缩放和全局视图等。
模型绘制常⽤：绘制⾯的按钮，分为矩形⾯、圆⾯、正多边形⾯和椭圆⾯；绘制线的按钮，分为线段、曲线、圆、圆弧和函数曲线。
模型材料快捷按钮。
模型校验和求解。
帮助：最好的培训教材，建议⽤户熟悉该⽂档的结构和相关内容。
1.2 Maxwell 2D 的模型绘制绘制⼆维模型时，可以采⽤快捷按钮绘图，也可以采⽤Draw下拉菜单绘制，两者的效果是相同的。
在绘制 2D 模型时 Z ⽅向上的量可以恒定为 0，仅输⼊ X 和 Y ⽅向上的坐标数据即可。
在三个⽅向上数据栏后有两个下拉菜单，第⼀个为绘制模型时的坐标，默认是采⽤ Absolut 绝对坐标，也可以通过下拉菜单将其更换为相对坐标，则后⼀个操作会认为前⼀个绘图操作的结束点为新相对坐标点起点。
第四章二维瞬态磁场分析（2-D Transient Magnetic Analysis）分析对象：由电压电流起落、脉动等引起的随时间变化的磁场。
主要计算：∙Eddy currents∙Power loss due to eddy currents∙Magnetic forces induced by eddy currents瞬态分析（Transient Analysis）研究随时间无规律变化的电磁场，称为时域分析（Time-Domain Analysis）。
时域分析不涉及频率。
谐分析（Harmonic Analysis）研究那些在时域内有规律变化的场，借助Fourier变换，这些场可以表示为一系列正弦场的叠加，从而只需要对一个个固定频率的场进行计算，称为频域分析（Frequency-Domain Anslysis ）。
频域分析不涉及时间。
对于任意的时变场，两种分析都是可行的。
频谱丰富的时变场（例如脉冲场）适合时域分析，而频谱简单的时变场（例如正弦场）适合频域分析。
瞬态磁场分析可以是线性的，也可以是非线性的。
严格的非线性分析只能在时域内完成。
在瞬态分析中，场量不仅与当前的源有关系，也与前一时刻的场有关系：(), 0, s e t tρ∇⋅=∇⋅=∂∂∇⨯=-∇⨯=+∂∂=+D B B J D J J E H 电荷ρ：经常存在于导体表面上，体现为导体表面电位移矢量法向分量的不连续性； 位移电流t∂∂D ：通常可以忽略——似稳态场的重要特征。
电流J ：有时可区分为外加电流J s 和感应电流（涡流）J e ；但有时二者叠加在一起，无法截然分开。
时域数值离散方式：()(1)()()()k k k k k t--∇⨯=-∆∇⨯=B B E H J 用A 表示：11()0(in conductor)()011 (in air)s V t V tσμμσμμ∂∇⨯∇⨯-∇∇⋅++∇=∂∂∇⋅+∇=∂∇⨯∇⨯-∇∇⋅=A A A A A A J 式中，, V t∂=∇⨯=--∇∂A B A E 离散时，时间步长t ∆要足够小。
4.1 瞬态磁场分析所用的单元瞬态磁场分析只用矢量磁位公式。
所用的单元与谐分析相同：实体单元：PLANE13，PLANE53通用电路单元：CIRCU1244.2 定义二维瞬态分析的环境4.3 建模与剖分基本过程与静态分析、时谐分析类似。
4.4 施加边界条件和载荷边界条件载荷可以加在实体模型（关键点、线、面）上；也可以加在有限元模型（节点和单元）上。
施加方法与静态场分析、谐分析相似。
不同之处在于载荷是随时间变化的。
载荷步：用时间-载荷曲线的拐点将载荷表示为分段函数。
对每一个载荷步，都要定义载荷大小、对应的时间点及其他选项，如跳变（stepped）还是渐变（ramped），自动时间步长等。
将这些载荷数据写入文件，重复该过程定义所有的载荷步。
4.4.1 施加边界条件使用PERBC2D宏定义周期性边界条件：PERBC2D, LOC1, LOC2, LOCTOL, R1, R2, TOLR, OPT, PLNOPT 或Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Magnetic> Boundary> Vector Poten> Periodic BCs4.4.2 施加电压载荷在线圈上施加电压，单位制为 MKS。
只对采用AZ 和CURR自由度的PLANE53单元。
Command(s): B FEGUI: Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Magnetic> Excitation> Voltage drop> On Elements注意：因为每一匝的电流都是相同的，因此必须将线圈所有节点的CURR自由度耦合在一起，否则将无法得到正确的结果。
4.4.3 施加电流载荷节点电流载荷只用于有外强加电流的块状导体区域。
它表示流过该导体的总电流。
对2D单元PLANE13和PLANE53，要求选取的自由度为AZ和VOLT自由度。
在具有集肤效应区域的横截面上施加电流，必须耦合所有节点的VOLT自由度。
可使用如下方式：Command(s): C PGUI: Main Menu> Preprocessor>Coupling/Ceqn> Couple DOFs先选择所有的节点，耦合它们的VOLT自由度；然后在其中一个节点上施加电流：Command(s): F,,AMPSGUI: Main Menu> Preprocessor> Loads> Define Loads> Apply> Electric> Excitation> Impressed CurrentMain Menu> Solution> Define Loads> Apply> Electric> Excitation> Impressed Current4.4.4 其他载荷包括磁矢位载荷、时间积分电位载荷、Maxwell力载荷、源电流密度载荷、虚位移载荷等。
施加方法与静磁场方法相同。
4.5 求解4.5.1 进入求解器Command(s): /SOLUGUI: Main Menu> Solution4.5.2 定义求解类型∙GUI方式：Main Menu> Solution> Analysis Type>New Analysis，选择Transient analysis.∙如果是新的分析，使用命令ANTYPE,Transient,new∙如果想重启一个以前做过的分析，如一个未收敛的分析或者是增加新的负载，则使用命令：ANTYPE, Transient,rest∙重启的旧分析只能是你已经完成的瞬态分析，并且Jobname.EMAT, Jobname.ESAV和 Jobname.DB 等文件已经存在的情况才可以。
4.5.3 定义分析选项指定求解方法和求解器。
指定求解方法:Command(s): T RNOPTGUI: Main Menu> Solution> Analysis Type> New Analysis, Transient选择full。
指定求解器：Command(s): E QSLVGUI: Main Menu> Solution> Analysis Type> Analysis Options可以选择以下求解器：∙Sparse solver（稀疏矩阵求解器）∙Frontal solver (default)（波前求解器，缺省，二维分析实用）∙Jacobi Conjugate Gradient (JCG) solver（雅克比共轭梯度求解器）∙JCG out-of-memory solver（虚拟内存，可能很慢）∙Incomplete Cholesky Conjugate Gradient (ICCG) solver （不完全乔列斯基分解共轭梯度求解器，一般较快）∙Preconditioned Conjugate Gradient (PCG) solver（预处理共轭梯度求解器）∙PCG out-of-memory solver电压激励模型或者模型中包含速度效应的，矩阵是不对称的，不能选用PCG求解器；电流激励的则只能选用sparse solver 或 frontal solver 4.5.4 载荷步选项∙时间选项：指定载荷步结束的时间点Command: T IMEGUI: Main Menu> Preprocessor> Loads> Load Step Opts> Time/Frequenc> Time - Time Step Main Menu> Solution> Load Step Opts> Time/Frequenc> Time - Time Step∙子步数和时间步长：时间步长可通过DELTIM命令或相应的菜单直接定义。
也可以通过NSUBST或相应菜单间接指定。
时间步长决定了分析的精度，时间步长小，分析精度高，特别是对那些大阶跃变化的载荷。
但是时间步长也不能过小（例如，小于10-10），否则引起数字误差。
如果选择阶跃加载模式（stepped ）, ANSYS 把所有载荷加在第一个子步上，以后都保持常数；如果选择渐变模式（Ramped ），ANSYS 在每一个子步中逐渐增加载荷。
Command: NSUBST , DELTIMGUI:Main Menu> Preprocessor> Loads> Load StepOpts> Time/Frequenc> Time and SubstpsMain Menu> Solution> Load Step Opts>Time/Frequenc> Time and SubstpsMain Menu> Solution> Load Step Opts>Time/Frequenc> Time - Time Step 自动时间步长：也称作时间步长优化。
它允许ANSYS 自动调整每个子步中的载荷增量，或者根据模型的响应来增加或减少时间步长。
在多数问题中，需要打开此项，并指定积分时间步的上下限。
时间步长优化对于CURR 自由度 (载压导体)或电路驱动的EMF 自由度 (电路驱动模型)不适用。
Command: A UTOTSGUI: Main Menu> Preprocessor> Loads> Load Step Opts> Time/Frequenc> Time and Substps Main Menu> Solution> Load Step Opts> Time/Frequenc> Time and SubstpsMain Menu> Solution> Load Step Opts> Time/Frequenc> Time - Time Step4.5.5 非线性选项只对非线性分析。
包括：∙Newton-Raphson（牛顿-拉普逊）选项：∙Program-chosen (default)∙Full∙Modified∙Initial-stiffness.Command(s): N ROPTGUI: Main Menu> Solution> Analysis Type> Analysis Options∙平衡迭代数：保证每个子步得到收敛解。
