实验二 Ansys 仿真实验
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实验二 基于ANSYS平台的电磁场数值仿真
一、实验目的
1．在仿真过程中学会使用ANSYS软件。
2．学会边值问题的建模方法。
3．学会用仿真软件检验对电磁场分布的猜测。
二、实验类型
本实验为验证型教学实验。
三、实验仪器
配备有ANSYS软件平台的台式计算机。
四、实验原理
本实验是在ANSYS平台上开发的。ANSYS是国际上著名的有限元软件包，可对结构力学、流体力学、传热学和电磁学等领域的问题进行求解。其特点是图形界面友好，易学，前后处理功能强大。在ANSYS平台上开发电磁场数值仿真实验，只需将问题的求解过程描述清楚，按照给定步骤上机操作，即可得到预期结果。
五、实验内容
aD无限长圆柱导体无限长圆柱导体a
图1 仿真计算模型 （图中a、D可自定）
仿真实验包括静电场实验和恒定磁场实验，可任选一个。对于静电场实验，图1中两导体电位分别为100V和-100V（可自定）；对于恒定磁场实验，图1中两导体电流密度分别为10000A/m2和-10000A/m2。根据几何结构和源分布的对称性，仿真实验可选用1/4或1/2平面进行建模。
实验分为两步：第一步，按照给定步骤和给定参数上机操作；第二步，尝试改变某些参数，观察仿真结果的变化。
六、实验步骤
1. 开始→程序→ansys5.6→license status→server（等待）→quit（不能按其他选择）
2. 开始→程序→ansys5.6→interactive（出现界面）→run（出现界面）→
3. ANSYS Main Menu（左侧主菜单）→preferences→electric（点击白框打勾）→ok（预设问题归属）→
4. ANSYS Main Menu→preprocessor→material props→-constant-isotropic→1→ok→perx 1→ok（给定材料相对介电常数）→ 5. ANSYS Main Menu→preprocessor→element type →add/edit/delete→add→electrostatic →2D quard 121→ok（设定内部单元类型）→
6. (ANSYS Main Menu→preprocessor→element type →)add/edit/delete→add→infiniteboundary→2D infquard 110→ok→option→AZ改为volt, 4noded quard改为8noded→（设定外部无限单元类型）close→
7. (ANSYS Main Menu→preprocessor→modeling→create→-Area- circle→partial
annulus→wp x 1, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 0.2, theta-2
180, apply→ wp x -1, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 0.2, theta-2
180, apply→wp x 0, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 5, theta-2
180, apply→wp x 0, wp y 0, rd-1 0, theta-1 0, rd-2 10, theta-2
180,ok（创建几何模型）→
8. (ANSYS Main Menu→preprocessor→modeling→operate→-booleans- overlap→area→pick all（模型各部分之间集合运算）→
9. (ANSYS Main Menu→preprocessor→modeling→delete→area and below→光标选中两个小圆，ok（删除导体部分）→
10. (ANSYS Main Menu→preprocessor→-attributes- define→pick areas→光标选中有两个小圆缺口的内半圆，apply→apply→光标选中外半圆，ok→1 plane121改为2
infin110→ok（定义区域属性）→
11. (ANSYS Main Menu→preprocessor)→mesh tool→lines set→光标选中外层两条弧线，apply→ndiv 50 →apply→光标选中外层扇形左右两条底边，apply →ndiv 1 →apply→光标选两小圆弧，apply → ndiv 20 →apply→光标选中两小圆弧之间的两条小线段，apply→ndiv 20→apply→光标选中两小圆弧与大扇形之间两条长线段，ok→ndiv 20→ok→
12. mesh tool菜单中选中quad 和 mapped，点击mesh →光标选中外部大扇形，ok（外部无限单元划网格）→
13. mesh tool菜单中选中tri 和 free，点击mesh →光标选中有两个小圆缺口的内半圆，ok（内部有限单元划网格）→
14. (ANSYS Main Menu)→solution→-loads- apply→-elecric- boundary→-voltage- on
line→光标选中右小半圆，apply, 100，apply→光标选中左小半圆，ok, -100 ，ok（导体表面加电位）→
15. (ANSYS Main Menu)→solution→-loads- apply→-elecric- flag→-infinite surf- on
line→光标选中最外边的半圆，ok（无限边界加标志）→
16. (ANSYS Main Menu)→solution→-solve- current ls→ok（求解，等待）→close（关闭黄框）→ 关闭status command文件（白框）
17. (ANSYS Main Menu)→general postproc→plot results→-contour plot- nodal solu→dof solution elec poten volt ok（显示电位9色云图）→
18. emag 3d utility menu→plot ctrls→device options→shading win32 点击改为contours win32c ， vocter mode off 点击改为on, ok→
19. emag 3d utility menu→plot ctrls→style→contours→uniform contours→ncont
100 ，ok（显示等电位线分布）→
20. (ANSYS Main Menu)→general postproc→plot results→-vector plot-predefined→flux and gradient→选择D或EF（箭头显示电位移矢量或电场强度）→
21. emag 3d utility menu→plot ctrls→pan, zoom, rotate→（可以移动、放大、缩小图形）
22. ansys toolbar→选择quit-no save！ok→(退出ANSYS)
七、实验注意事项
为了避免仿真过程中重复建模，应对数值仿真的中间过程适当保存备份。
八、实验结果
实验过程中需要记录如下仿真结果：
1．网格剖分图。
2．等电位线分布图或等A线分布图。
3．电场强度矢量图或磁场强度矢量图。
九、思考题
1．仿真过程中，采用1/4或者1/2平面建模，有何理论依据？
2．网格剖分的疏密程度对仿真结果是否有影响？试解释原因。
