ANSYS电磁场分析指南

第四章２-Ｄ瞬态磁场分析4.1 什么是瞬态磁场分析瞬态磁场分析处理的既不是静态的也不是谐波的磁场，而是由电压、电流或外加场的随时间无规律变化所引起的磁场变化。

在瞬态磁场分析中我们所感兴趣的典型物理量是：·涡流·涡流致使的磁力·涡流致使的能量损耗瞬态磁场分析可以是线性，也可以是非线性。

4.2 2-D瞬态磁场分析中用到的单元在涡流区域，瞬态模型只能用矢量位方程描述。

只能用下列单元类型来模拟涡流区。

表12D实体单元表2通用电路单元4.3 创建2D瞬态磁场分析的物理环境如同ANSYS其他类型分析一样，瞬态磁分析要建立物理环境、建模、给模型区域赋属性、划分网格、加边界条件和载荷、求解、然后检察结果。

2D瞬态磁分析的大多数步骤都相同或相似于2D静态磁场分析步骤。

本章讨论2D瞬态磁场分析中需要特殊处理的部分。

关于2D瞬态磁场分析中如何设置GUI参考框、单元选项（KEYOPTs）、实常数、单位制与2D静态磁场分析相同，第2章已经作了详细描述。

当定义材料性质时，一般也采用与第2章中同样的方法。

4.4 建立模型，划分网格，指定属性《ANSYS建模与分网指南》详细介绍了建模过程。

建立了模型后，对每个模型区要指定属性，即指定在第一步中定义好的单元类型、单元选项、材料特性、实常数、单元坐标系等。

使用AATT或VATT命令或其等效路径来指定属性。

详见第2章静态磁场分析部分。

4.5 施加边界条件和励磁载荷在瞬态磁分析中，可将边界条件和载荷施加到实体模型上（关键点、线和面），也可以施加到有限元模型上（节点和单元）。

加载方式与第2章静态分析类似。

也可以用命令加载和施加边界条件，对2D 瞬态分析还可以用加载步选项。

本手册第16章对这些载荷步选择有详细描述。

根据定义，瞬态分析中的边界条件和载荷是时间的函数，实际分析计算时，要将“载荷－时间”曲线分解成合适的载荷步，“载荷－时间”曲线的每个＂拐点＂就是一个载荷步。

ANSYS电磁场分析指南第十六章发表时间：2007-9-20 作者: 安世亚太来源: e-works关键字: ANSYS 电磁场分析 CAE教程第十六章电路分析16.1 什么是电路分析电路分析可以计算源电压和源电流在电路中引起的电压和电流分布。

分析方法由源的类型来决定：源的类型分析方法交流（AC）谐波分析直流（DC）静态分析随时间变化瞬态分析要在电磁学分析中用有限元来模拟全部电势，就必须提供足够的灵活性来模拟载流电磁设备。

ANSYS 程序对于电路分析有如下性能：·用经过改进的基于节点的分析方法来模拟电路分析·可以将电路与绕线圈和块状导体直接耦合·2-D和3-D模型都可以进行耦合分析·支持直流、交流和时间瞬态模拟ANSYS程序中先进的电路耦合模拟功能精确地模拟多种电子设备，：·螺线管线圈·变压器·交流机械16.2 使用CIRCU124单元ANSYS提供一种通用电路单元CIRCU124对线性电路进行模拟，该单元求解未知的节点电压（在有些情况下为电流）。

电路由各种部件组成，如电阻、电感、互感、电容、独立电压源和电流源、受控电压源和电流源等，这些元件都可以用CIRCU124单元来模拟。

注：本章只描述CIRCU124单元的某些最重要的特性，对该单元的详细描述参见《ANSYS单元手册》。

16.2.1 可用CIRCU124单元模拟的电路元件对CIRCU124单元通过设置KEYOPT（1）来确定该单元模拟的电路元件，如下表所示。

例如，把KEYOPT（1）设置为2，就可用CIRCU124来模拟电容。

对所有的电路元件，正向电流都是从节点I流向节点J。

注意：全部的电路选项如上表和下图图1所示，ANSYS的电路建模程序自动生成下列实常数：R15（图形偏置，GOFFST）和R16（单元识别号，ID）。

本章下一节将详细讨论电路建模程序。

下图显示了利用不同的KEYOPT（1）设置建立的不同电路元件，那些靠近元件标志的节点是“浮动”节点（即它们并不直接连接到电路中）。

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。

ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏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。

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。

第十章高频电磁场分析10.1高频电磁场分析简介当信号波长小于模型的几何尺寸或与模型的几何尺寸差不多时，ANSYS的高频电磁场分析模块可以对此时的电磁场现象进行仿真。

高频电磁场分析的频率范围可以从数百MHz到数百GHz，主要分为内问题（如：射频和微波器件）和外问题（如：电磁辐射和散射）两大类。

10.2 高频电磁场分析中的有限元分析对于电磁场仿真来说，有限元分析是方法在当前工程实践中运用相当成功的频域分析计算方法的一种，它可以计算任意复杂结构和任意复杂材料的问题。

它处理复杂材料的能力在当前各种电磁仿真方法中尤为突出，因为在工程实际中，比如，天线、微波电路、散射装置、电动机、发电机等的分析计算中，往往还需要对非金属的材料进行仿真。

在不同的频段范围，有限元方法有着广阔的应用。

在以下的电子工程实践应用中，有限元方法具有特别的优势：·微波电路和器件·高速数字电路·天线·电磁干扰（EMI）与电磁兼容(EMC) ·生物医学如下图1所示的是一个典型的有限元（FEA）仿真结构：高频有限元分析程序以如下赫姆霍兹方程的弱积分形式为基础：对于散射问题，相对于总场来说，分析人员更关心散射场的信息，此时赫姆霍兹方程的弱积分形式为：ANSYS高频单元采用切向矢量有限元方法，参见ANSYS理论参考手册5.5节。

ANSYS程序由前处理器、求解器、后处理器构成。

前处理器完成高频器件几何模型的构建、施加激励、边界条件和其他强加约束等功能。

求解器的功能是进行单元描述，把单元矩阵组集到总体有限元矩阵中，施加合适的边界条件、约束和激励源，建立并完成有限元方程的求解。

后处理器可以对计算所得的电磁场结果进行矢量图形和云图显示，还可以根据用户需要计算用户所关心的物理参量，如散射矩阵（S参数）、阻抗值、近场结果、远场结果、RCS(雷达截面)以及天线方向图等等。

ANSYS程序提供二维和三维切向矢量有限元来进行谐波和模态分析，即假设时间域上电磁场是以表达的函数。

第十七章其它分析选项和求解方法17.1 引言本章叙述ANSYS程序用于电磁、电场、静电场和电流分析的加载选项和其它求解方法。

所有这些分析类型，都可以使用ANSYS命令而不用GUI菜单路径来对边界条件和载荷进行施加、删除、列表显示或运算操作，本章就是描述应该使用哪些命令。

本章也解释每种分析类型的有效的载荷步选项。

载荷步选项用于控制如何施加载荷，它们包括：·时间和时间步·子步数·载荷的阶跃或斜坡变化·收敛容差（对非线分析）·输出控制另外，对于2-D和3-D静磁分析（标量势法、棱边单元法或矢量势法），还有另外一种求解选择，即，可通过人工控制求解顺序而不是让程序自动控制求解分析（用MAGSOLV命令或其菜单Main Menu>Solution>-Load StepOpts-Magnetics>-Static Analy-Opt and Solv可让程序自动控制求解分析）。

本章描述这种人工方法所要求的菜单路径或命令。

本章信息按分析类型编排，例如，首先是2-D静磁分析的全部加载和求解选项，接着是3-D标量势法磁分析的全部加载和求解选项，以此类推。

17.2 2-D静磁分析加载选项2-D静磁分析对载荷的施加、删除、列表显示、传递、或缩放，可用的命令如下。

关于这些命令的详细描述以及它们相应的菜单路径请参见ANSYS命令手册。

注意：对于这类分析，约束载荷为磁矢量自由度（AZ），力载荷为电流段（CSGX），表面载荷为Maxwell面（MXWF）和无限表面（INF），体载荷为源电流密度（JS）、磁虚位移（MUDI）、和电压降（VLTG）。

17.2.1 在关键点上加载：所执行的任务相应的命令加约束DK删除约束DKDELE列表显示约束DKLIST传递约束DTRAN加力FK删除力FKDELE列表显示出力FKLIST传递力FTRAN加体载荷BFK删除体载荷BFKDELE列表显示体载荷BFKLIST 传递体载荷BFTRAN17.2.2在线上加载：所执行的任务相应的命令加约束DL删除约束DLDELE列表显示约束DLLIST传递约束DTRAN加面载荷SFL删除面载荷SFLDELE面载荷列表显示SFLLIST 传递面载荷SFTRAN加面载荷设置SFGRAD加体载荷BFL删除体载荷BFLDELE列表显示体载荷BFLLIST 17.2.3 在面上加载：所执行的任务相应的命令加约束DA删除约束DADELE列表显示约束DALIST传递约束DTRAN加面载荷SFA删除面载荷SFADELE面载荷列表显示SFALIST 传递面载荷SFTRAN加面载荷设置SFGRAD加体载荷BFA删除体载荷BFADELE列表显示体载荷BFALIST17.2.4 在体上加载：所执行的任务相应的命令加体载荷BFV删除体载荷BFVDELE列表显示体载荷BFVLIST 17.2.5 在节点上加载：所执行的任务相应的命令加约束D删除约束DDELE列表显示约束DLIST缩放约束DSCALE加约束设置DSYM，DCUM加力F删除力FDELE列表显示力FLIST缩放力FSCALE加力设置FCUM加面载荷SF删除面载荷SFDELE列表显示面载荷SFLIST缩放面载荷SFSCALE加面载荷设置SFCUM，SFGRAD 加体载荷BF删除体载荷BFDELE体载荷列表显示BFLIST缩放体载荷BFSCALE17.2.6 在单元上加载：所执行的任务相应的命令加面载荷SFE删除面载荷SFEDELE列表显示面载荷SFELIST缩放面载荷SFESCALE加面载荷设置SFCUM，SFFUN，SFGRAD加体载荷BFE删除体载荷BFEDELE列表显示体载荷BFELIST缩放体载荷BFESCALE加体载荷设置BFECUM17.3 2-D静磁分析的另外一种求解方式本手册第2章叙述了如何使用MAGSOLV命令或它的等效菜单路径来快速求解2-D静磁分析，本节解释如何人工地用两步求解顺序来进行求解。

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。

ANSYS电磁场分析指南磁宏磁宏分析是ANSYS中的一种电磁场分析方法，用于模拟磁场中的行为。

它基于麦克斯韦方程组和磁性材料的本质特性，可以用来研究磁场的分布、场强和磁通量等。

以下是使用ANSYS进行磁宏分析的一般步骤：1.创建几何模型：使用ANSYS的几何建模工具创建您要分析的几何体。

您可以使用ANSYS的二维或三维建模功能，根据您的需求选择适当的几何形状。

2.设置材料属性：在进行磁宏分析之前，您需要为模型中的材料定义磁性属性。

这包括磁导率、磁饱和和磁滞等。

可以通过库中的材料属性进行选择，或者根据实际材料的特性手动输入。

如果您使用的是标准材料，可以轻松从ANSYS材料库中选择。

3.设置边界条件：确定分析的边界条件非常重要。

根据您的应用场景，您可以设置边界条件为固定零磁场、非磁性条件或具有特定磁场分布的条件。

对于二维问题，您可以设置边界上的磁通量。

这些边界条件将在后续计算中起作用。

4.生成网格：ANSYS使用有限元方法进行分析，因此需要生成适当的网格。

您可以选择不同的网格生成技术，例如自动网格细化、手动加密和剖面网格。

网格的质量对分析结果的准确性和计算时间都有重要影响。

5.定义分析类型和求解器：在ANSYS中，您可以选择不同的分析类型和求解器来求解磁场问题。

例如，您可以选择求解静态磁场、谐振频率或非线性磁场等。

根据您的需求选择适当的求解器，以获得准确的结果。

6.运行计算：在设置了适当的材料属性、边界条件和网格后，您可以运行计算。

ANSYS将使用选择的求解器进行计算，并在计算结束后生成结果。

7.分析结果：计算完成后，您可以查看和分析生成的结果。

这包括磁场分布图、场强、感应电流和磁通量等。

ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以帮助您更好地理解分析结果。

除了这些基本步骤，在进行磁宏分析时还有一些注意事项和技巧：1.材料特性选择：选择适当的磁性材料特性对分析结果至关重要。

根据实际材料数据进行选择，并注意磁导率的非线性特性。