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《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
其中，热分析作为工程领域的一个重要部分，ANSYS软件在其中发挥了重要作用。
本文将详细探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用，包括其基本原理、应用领域、优势及挑战等方面。
二、ANSYS有限元分析软件基本原理ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于结构、流体、电磁场和热分析等领域。
在热分析中，ANSYS利用有限元法将复杂的连续体离散化，将求解域划分为一系列的单元体，然后通过对每个单元进行分析，从而得出整个结构的热行为特性。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 稳态热分析稳态热分析主要用于研究物体在恒定温度场下的热行为。
通过ANSYS软件，可以建立物体的三维模型，设置材料属性、边界条件等参数，然后进行稳态热分析。
分析结果可以用于产品设计、优化和性能评估等方面。
2. 瞬态热分析瞬态热分析主要用于研究物体在温度场随时间变化情况下的热行为。
例如，在汽车发动机、电子设备等领域的热管理中，需要了解设备在运行过程中的温度变化情况。
通过ANSYS软件进行瞬态热分析，可以得出设备在不同时间点的温度分布情况，为产品设计、优化和故障诊断提供依据。
四、ANSYS在热分析中的优势1. 高精度：ANSYS软件采用先进的有限元法，可以将求解域划分为足够小的单元体，从而得出较为精确的解。
2. 多物理场耦合分析：ANSYS可以用于多物理场耦合分析，包括热-结构耦合、热-流体耦合等，能够更全面地反映实际工程问题的复杂性。
3. 丰富的材料库：ANSYS拥有丰富的材料库，可以用于模拟各种材料的热性能。
4. 强大的后处理功能：ANSYS具有强大的后处理功能，可以方便地查看和分析计算结果，为工程设计提供有力支持。
五、挑战与展望尽管ANSYS在热分析中具有诸多优势，但仍面临一些挑战。
例如，在处理大规模复杂问题时，计算资源的消耗较大；对于某些特殊材料和复杂结构的建模和分析难度较高；此外，ANSYS软件的学系成本较高，需要专业知识和技能。
基于ANSYS软件的电机电磁场有限元分析发表时间：2007-9-11 作者: 黄劭刚夏永洪张景明来源: 万方数据关键字: APDL语言同步发电机电磁场有限元介绍了应用ANSYS自带的APDL编程语言进行软件开发，将该软件应用于同步发电机空载磁场分析中，在电机的电磁场计算中实现了电机的自动旋转、自动施加载荷的功能，使用、修改方便，并且计算速度快。
通过对电磁场计算结果的后处理，得出了同步发电机的旋转磁场波形和电压波形。
样机测试结果验证了分析结果的正确。
1 前言ANSYS软件是一个功能强大、灵活的，融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。
广泛用于核工业、石油化工、航空航天、机械制造、土木工程等一般工业及科学研究领域的设计分析。
在实际的电机电磁场分析中，电机的转子磁极形状、定子齿槽形状、气隙大小以及铁磁材料均已确定，但是当转子相对十定子齿槽的位置不同时一，其计算结果也不相同。
为了分析电机电磁场问题，若把定、转子相对位置固定不变进行求解，再对电磁场计算结果进行傅立叶级数分解来计算电机绕组的电势则误差太大。
为此，需要对定、转子不同位置时一分别进行计算，然后通过电磁场的计算结果求出电机何个定子齿部磁通随转角变化的关系，然后根据磁通的变化率求出电机基波绕组的电势。
ANSYS软件是目前应用最为广泛、使用最方便的通用有限元分析软件之一，应用ANSYS软件来分析电机电磁场是非常有效的。
但是当采用ANSYS软件的图形用户界面( GUI)操作方式时，每次定、转子之间的旋转、网格剖分、施加载荷进行求解、查看计算结果等都需要人工进行重复操作，使用起来非常繁琐，并且效率低。
为此，木文采用ANSYS软件的APDL语言编写的软件对同步发电机的空载磁场进行研究，实现了电机定、转子之间的自动旋转，自动网格剖分，自动施加载荷以及自动求解的功能。
整个电磁场分析过程无需人工进行干预，使用方便，便于修改，并且大大提高了计算速度。
有限元分析在电力设备设计中的应用第一章简介有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种数值计算方法，用于求解复杂结构的力学、热力学、流体力学等问题。
在电力设备设计过程中，有限元分析已经得到广泛应用。
本文将会介绍有限元分析在电力设备设计中的应用，包括电动机、变压器和开关设备等领域。
第二章电动机电动机是电力设备中最重要、最普遍的一类设备。
在电动机的设计过程中，有限元分析被广泛应用。
有限元分析可以帮助设计师预测电动机的性能，以及在实际运行中可能出现的问题。
例如，通过有限元分析，可以计算电动机的电磁场分布、磁路饱和、电动力学特性等，并优化电动机的设计。
此外，有限元分析还可以用于模拟电动机的热特性。
在电动机的运行过程中，温度是一个非常重要的参数。
过高的温度可能导致设备损坏或者寿命缩短。
有限元分析可以模拟电动机的受热情况，分析不同工况下电动机的温度分布，以此来指导电动机的设计优化。
第三章变压器变压器是电力系统中的重要组成部分。
在变压器的设计中，有限元分析也得到了广泛应用。
有限元分析可以模拟变压器的电磁场分布、热特性以及机械应力等方面，从而优化变压器的设计。
在变压器的运行过程中，热问题也是一个重要的考虑因素。
变压器的工作温度对其寿命和性能有很大的影响。
有限元分析可以模拟不同工况下变压器的温度分布，指导变压器的散热设计。
此外，有限元分析还可以模拟变压器的机械应力情况。
在变压器的运输、安装和使用过程中，可能会因为外力而产生机械应力，导致变压器损坏或寿命缩短。
有限元分析可以模拟这种情况，指导变压器的设计和运行。
第四章开关设备开关设备在电力系统中也扮演着重要的角色。
例如，断路器就是一种重要的开关设备。
在开关设备的设计中，有限元分析同样得到了广泛的应用。
有限元分析可以帮助设计师分析开关设备的机械应力和热特性。
例如，断路器在断开电路的过程中，可能会因为电弧产生大量热量，导致设备损坏。
有限元分析可以模拟这个过程，指导断路器的设计和运行。
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
特别是在热分析领域，ANSYS软件以其强大的计算能力和广泛的适用性，为工程师们提供了有效的工具。
本文将详细探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用，包括其基本原理、应用领域、操作流程以及优缺点等。
二、ANSYS有限元分析软件的基本原理ANSYS有限元分析软件是一种基于有限元法的数值计算软件。
有限元法是将连续体离散成有限个单元，并通过这些单元的组合来逼近原来物体。
ANSYS软件通过求解复杂问题的偏微分方程，得到数值解，从而对工程问题进行模拟和分析。
三、ANSYS在热分析中的应用热分析是ANSYS有限元分析软件的重要应用领域之一。
通过ANSYS软件，工程师们可以对各种工程问题进行热分析和研究，如电子设备的散热设计、汽车发动机的冷却系统设计、建筑材料热传导性能研究等。
在热分析中，ANSYS软件可以模拟各种复杂的热环境和热条件，如温度场、热流密度、热辐射等。
通过建立准确的热分析模型，可以预测和分析物体在不同热环境下的温度分布、热应力、热变形等情况，为工程设计和优化提供有力的支持。
四、ANSYS热分析的操作流程1. 建立几何模型：根据实际工程问题，在ANSYS软件中建立几何模型。
2. 定义材料属性：为模型中的各个部分定义材料属性，如导热系数、比热容等。
3. 划分网格：将模型离散成有限个单元，以便进行后续的分析计算。
4. 建立热边界条件和初始条件：根据实际情况，设置模型的边界条件和初始条件。
5. 求解计算：通过ANSYS软件进行求解计算，得到温度场和其他相关参数。
6. 结果后处理：对计算结果进行后处理，如绘制温度云图、应力云图等。
五、ANSYS热分析的优点1. 准确性高：ANSYS软件采用有限元法进行数值计算，可以获得较高的计算精度。
2. 适用范围广：ANSYS软件可以模拟各种复杂的热环境和热条件，适用于各种工程问题的热分析。
基于Ansoft Maxwell的鼠笼型三相异步电机有限元分析季翔宇【摘要】鼠笼型异步电机是三相异步电机的一种,结构简单、坚固耐用、运行效率高、价格低廉,在日常生活、工业生产、石油矿石开采、港口码头等众多领域得到广泛应用.以鼠笼型三相异步电机为模型,运用Ansoft Maxwell软件搭建仿真模型,进行网格剖分、赋予材料与激励源等设置,求解并分析模型在静稳态以及瞬态不同时刻的磁场分布,为电机的设计与优化提供参考依据.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2019(048)003【总页数】4页(P98-101)【关键词】鼠笼型异步电机;Ansoft Maxwell;有限元分析【作者】季翔宇【作者单位】常州国际机场集团有限公司,江苏常州 213000【正文语种】中文【中图分类】TM343+.2;TP391.90 引言鼠笼型异步电机是三相异步电机的一种，它结构简单、坚固耐用、运行效率高、价格低廉，在庞大的电机家族中居于重要地位。
据有关部门统计显示，在采用电机拖动的机械设备中，有将近90%的机械设备是采用鼠笼型三相异步电机拖动的。
这种类型的异步电机社会拥有量大，其用电量占总动力负载用电量的比重达85%以上，因而在我国工农业生产中得到广泛的应用。
该文介绍了鼠笼型三相异步电机的工作原理，基于Ansoft Maxwell软件对三相四极鼠笼型异步电机进行建模、网格剖分，赋予材料与激励源等设置，对其电磁场机型仿真与分析，确定通电后磁场强度、感应磁场、气隙磁密度等分布情况。
1 鼠笼型三相异步电机的结构与原理鼠笼型三相异步电机的定子绕组为分布式绕组，镶嵌于定子铁心上。
转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等构成。
转子铁心由外圆周上冲有均匀线槽的硅钢片叠压而成，并固定于转轴上，线槽用于放置转子绕组。
转子绕组是由铝条或铜条与短路环焊接铸造而成，而非由绝缘导线绕制，其外观形似鼠笼而得名[1]。
当定子绕组通以三相交流电压后，便形成旋转磁场，同时转子上的闭合导条则切割定子旋转磁场的磁力线而感生出感应电动势与感应电流，从而带电导体在磁场中收到电磁力的作用而产生运动，转子便在定子铁心环的内部做旋转运动[2]。
ANSYS在电力行业的分析应用摘要：本文主要介绍了大型分析软件ANSYS在电力行业的应用，包括零件静力场形变及应力的校核，绝缘子电场和压降情况的分析，最后主要分析介绍了母线安装板的涡流损耗情况，以准确的数据量化现场的各种问题。
关键词：ANSYS；应力；静电场；电磁场；涡流损耗；1 引言ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件,是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD）软件接口，实现数据共享和交换。
ANSYS软件功能强大，不仅可以在结构场，温度场，电磁场，流体场单独分析，还可以做多物理场耦合分析，因此可以很好的解决电力行业的很多问题，包括结构问题、绝缘问题，温升问题以及涡流损耗问题等。
2 ANSYS在结构场分析的应用2.1 问题的产生断路器是电柜的主要元件，其主要作用是开断和关合电流。
断路器结构比较复杂，质量高达几百千克。
导轨是用来承载断路器的，为保证断路器工作的稳定性，就需要对导轨的受力及变形量进行分析，看其是否满足最大形变量小于1mm 的要求。
将导轨的模型、材料（铝合金），受力约束导入ANSYS软件分析，计算结果如下：由分析可知，最大变形量为0.6mm，小于1mm，在弹性变形的范围内，导轨不会发生不可恢复的塑性变形，满足设计要求。
3 ANSYS在静电场分析的应用3.1 静电场分析的应用场合ANSYS静电场分析用以确定由电荷分布或外加电动势所产生的电场和电压分布，通过分析出的静电场和和各个截面的压降情况，结合电力行业的绝缘标准，判断产品的绝缘性能是否达到要求。
3.2 GIS绝缘子的静电分析GIS开关设备电压等级高达110KV以上，其绝缘性能相当关键。
如果绝缘性能达不到，将会对国家和个人的生命财产安全带来很大威胁。
本节将对承载高压母线的绝缘子做静电分析，分析其静电场和电压分布情况。
静电绝缘子的结构如下图所示：中部的三个凸起为高压母线，镶嵌在绝缘子里。
ANSOFT建模1、在ANSOFT软件中建立电机模型第一步、在ANSOFT绘制电机模型第二步、选择“Modeler”菜单下的“Export”项会出现下面的窗口选择保存为“step”格式的文件。
这时可以退出ANSOFT软件。
ANSYS仿真一、稳态温度仿真第一步创建稳态温度仿真模型第二步、添加材料及属性，属性主要为“导热系数”选择“Engineering data”→”Edit”开始添加材料第三步、添加完材料后，导入在ANSOFT下创建的电机模型，选择“Geometry”按下面选项选择选择ANSOFT下保存的“step”格式的电机模型第四步、导入模型后，给模型添加材料。
选择“Model”→”Edit”进入下面的窗口，按下面的步骤给电机的各个部分选择对应的材料。
第五步、添加完材料后，返回主窗口，更新修改后的工程文件如果没有问题，会变为第六步、添加热载荷首先添加自由度，在温度场分析中选择为温度，按下面窗口选择。
接下来，编辑温度，并选择应用区域，这儿定义整个模型的初始温度相同。
下面添加热载荷，按下面的窗口选择，这里选择“热生成率”。
编辑添加的热生成率数值，并选择应用区域，这儿选择所有的绕组。
添加完载荷后，更新一下工程文件，通过后，可以选择“Solve”进行求解。
如果求解成功后，左边的窗口会变成右边的窗口。
第七步、查看仿真结果。
按下面的窗口选择观察变量。
第一步、建立瞬态温度分析模型第二步、添加材料及属性，方法与稳态时相同。
但材料的属性不同，这里需要添加材料的“密度”、“导热系数“、“比热容”。
“Toolbar”窗口如下。
按照各个选项添加数据。
除了添加载荷不同，接下来的步骤与稳态时相同。
设置仿真步数为多步。
按下窗口设置载荷数据，设置为“阶梯数据”。
--WORD格式--可编辑--- -- 有限元分析软件Ansoft在电机领域中的应用 一 ansoft软件各模块的简单介绍 1 RMxprt 该软件用于探索电机设计空间、快速确定设计方案，并能进行优化设计 它已经可以进行十三种电机类型的设计： 三相感应电机 单相感应电机 永磁无刷直流电机 永磁直流电机 通用电机 开关磁阻电机 调速运行永磁同步电机 自起动三相永磁同步电机 三相同步电机 三相同步发电机 永磁同步发电机
特点：
✓ 向导式介面，参数化输入: 工作条件,几何尺寸, 材料特性 ✓ 基于磁网路法 的快速解析分析 ✓ 详细的结果输出：图形和表格 ✓ 利用对称条件生成最小有限元分析模型，用于电机动态过程详细有限元分析 ✓ 参数化设计能力：尺寸、材料等无需指定。可用一定变化范围的变量表示 ✓ 优化设计功能 ✓ 求解时考虑材料非线性b – h特性 ✓ 自动设计功能: 槽型设计和线规选择 ✓ 提供丰富的预设计电机模型库 --WORD格式--可编辑--- -- ✓ 输入数据自动验证 ✓ 提供美国、中国材料库和公制、英制尺寸 ✓ 针对电机种类的多种绕组型式和用户定义绕组连接方式 ✓ 多种负栽种类: 恒功率、恒转矩、恒转速、风机水泵 ✓ 三维斜槽和端部效应 ✓ 无刷电机、开关磁阻电机、永磁同步电机驱动线路类型、控制方式选择和开关管参数设定
2. Maxwell 2D 二维电磁场、温度场，瞬态场分析软件，Maxwell® 2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件，一般在电磁物体满足轴向均匀或RZ对称的条件下采用。
3. Maxwell 3D
包括电场、稳态磁场和交流磁场、动态电磁场、损耗计算和热分析模块，其核心是针对三维电磁场分析而优化的有限元技术。向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器使得Maxwell 3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。可以分析涡流、位移电流、集肤效应和领近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈中涡流的整体特性。功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗(R和L)、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H分布图、能量密度、温度分布等图形结果。
4. Optimetrics Optimetrics是Maxwell 3D的选件模块，用于优化、参数分析和敏感性分析。Optimetrics为设计者评估特定参数和目标函数之间关系最终进行装置优化提供了有力工具。采用宏功能，仿真过程中可以对形状、激励/边界条件、频率等进行参数分析优化。
OPTIMETRICS是绝佳的参数化和优化引擎，它可让用户从一非常简洁易用的界面执行参数分析、敏感性分析、优化和其他许多设计研究。OPTIMETRICS模块驱动ANSOFT的电磁场解算器，使工程师们能用精确电磁场仿真来设计电子器件和产品。采用OPTIMETRICS，就可以很快很轻易地执行大量的设计变量、优化器件，并自动进行实验设计研究来推导出敏感性和不确定性与制造容差之间的函数关系。 OPTIMETRICS自动产生和修改宏。用户建立一个项目并定义要改变的独立参数。宏编辑器模块自动解释宏文本中的特显行，使用户可定义独立变量，然后用户再定义在参数分析中需计算的非独立变量，或在优化中需最小化的COST函数。非独立变量和COST函数在HFSS中可以是任意的计算值：场值、S-参数、频率响应、本征模、阻抗等。HFSS执行所要求的计算，向参数分析提供便利的表格形式的输出，向优化提供最佳的设计要求。报告生成器使用户能绘出参数仿真中独立参数与非独立参数间的关系以及优化中费用函数及其他度量与周期的关系。
5. simplorer
二 沈阳ansoft电磁场培训笔记摘要 --WORD格式--可编辑--- -- 1) RMxprt 笔记摘要
其中的periodic 寻找对称周期 difference: 定转子相差一定角度
2． Maxwell 2D 笔记摘要 ✓ Maxwell2D里面的定义充磁方向问题：
径向充磁： assign align object : 沿物体方向 align with a given diretion: 沿与x轴以一定的角度 align relative to orientation: 角度可以是函数 如OUT=PHI, IN=PHI-180 PHI: 物体上的该点与圆心所构成的直线与x轴的夹角。
Ansoft里面区分大小写 ✓ Maxwell2D静态分析：
Total: 总的电流电压， 100,-100,50,-50 在maxwell2d静态分析种可以设定求解变量，在后处理中用的到。 Number of required pass: 需要求解的次数。 Solve comvergens: 收敛过程 Solution matrix: 求解矩阵，如电感矩阵，得到的是单位长度的电感，还要进行计算 --WORD格式--可编辑--- -- ✓ 后处理部分：surface-all 选择
mag B : 磁密幅值，上限可以调整 B-vector: B矢量
✓ 在某些曲线上的数据的图形显示
这里注意一下后处理中计算器的应用。 以及后处理中Macro宏的录制和应用问题。
瞬态边界设定： phaseA： 激励：电流，电压，外电路(external circuit) 激励可以用Function, 其中P代表电机现在位置，S为转速，T为仿真起始时间 Edit/电路编辑器， 电阻，主绕组，漏感，
✓ 周期边界条件 ：
奇数个极slave= －master 偶数个极slave= master
motion setup： 设定band 边界，内为运动，外为静止 band把转子包起来
✓ 可以设置函数转速：
0 3000 1 3000 2 6000 3 6000 model depth: 轴向长度
3．Maxwell3D ✓ ACIS-based Kernel
*.sat, *.igs *.stp *.sld *.geo 材料参数变化 3D solver： 静电场 静磁场 涡流场 温度场 瞬态场：电机运动，负载变化，动态过程 --WORD格式--可编辑--- -- 静电场： 电压电流激励， 标量位 ED—力、转矩，储能 静磁场： 永磁 直流电流 外部边界上的静态磁场 涡流场： 1. 单纯正弦 正弦电流（给幅值） 2. 时变外部激励等 瞬态场： 任意电流、电压 外接力、转矩
✓ 例子：
流程 create: name magneticstatic thermal simulation
R 10 H 1000 36段 x=0 y=0 z=500 circle 轴在x轴上 R=0 Sweep along axies Circle 360
移动坐标系 solid 分割
range 0 刚刚包住求解区域 设定材料： backgrand : air 中间圆棒： steel 圆环： copper
边界激励 ✓ 封闭物体加电流方法：
先选截面，surface\section,选YZ面，选物体后，ok, slice,slice1 cover lines, 包络线――面 slice1 --WORD格式--可编辑--- -- 加电流后，选face, slice face, 1000A， solid 实心导体 strand 多根线 plot cutplane set Mag B
✓ 3维Vector B 只在表面画出，磁密可以在体上画出，
可以强加边界条件， pick face
✓ 涡流场分析：
将上面的例子中的圆棒材料改为铜，圆环也改为铜，
✓ 非封闭加电流
注意：加电流的面必须在边界上， pick face: swap direction(转变电流方向) value 10000A
✓ 3D 瞬态分析的例子
3相变压器 face，source, coil terminal boundary, even 磁力线垂直
winding setup：voltage , strand, function 1414*sin(360*50*T), voltage A, total turns 1669等
Transient: 瞬态分析 电机端部例子 主 从 slave 面 原点坐标 定子槽上下之间的绝缘，有绝缘边界，槽体也有绝缘
导条里电流交变的变化
三维带运动 ✓ 爪极发电机
参数化优化设计 RMxprt参数设计 Input parameters
