Maxwell稳态磁场求解器仿真实例一
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Maxwell稳态磁场求解器仿真实例一 ANSYS有限元仿真 2月7日311
问题描述：求解一段通有100A电流的铜导线在稳定磁场中的受力情况。磁场由永磁体产生。
磁性材料为材料库中的NdFe35。磁性材料属性如下定义（X方向磁化）。
模型图如下。其中红色框线为求解区域。
注：磁体外部磁感线设置方向是从+X面出发垂直穿过导线进入-X面。即+X面是N极，-X面
为S极。
Maxwell前处理
求解树如下图：
Boundaries边界条件：这里边界条件未指定，系统自动选取默认边界条件加载到物体外边
界。
Excitations激励：在导线两个端面加载100A稳定电流，两端面电流大小方向均一致都流
向+Y方向（注意断开导体端面需与求解区域表面重合，否则无法计算）
Parameters参数：选中通电导线然后添加Force力参数。
Mesh operations网格划分：右击鼠标选择Assigned>Inside selection>Length based…
其中导线划分尺寸为0.5mm，磁铁划分尺寸3mm。
Analysis分析设置：这里直接添加分析设置默认即可。
结果查看：
鼠标右击Result选择Solution data得到如下结果窗口。
安培力大小为Fz=0.57657N（+Z方向）
理论验证：
根据安培定律F=BIL可知通电导线受力大小为磁感应强度B*电流*导体长度。受力
方向可根据左手定则确定。
选中铜导线右击云图按钮Field overlays>Field>B>B_Vector 查看导线处磁场
强度H，磁感应强度B
导线磁场强度H
导线磁感应强度B
上面B、H云图的中间数值之比恰好与真空中的磁导率接近。这与物理课本中讲的
介质磁导换算公式B=U*H是相符和的。下面直接取用B云图的中间数值B=0.557T参与理论
验算。电流I取输入值I=100A，导线长度由几何模型可知L=0.01M。 理论计算值F=B*I*L=0.557*100*0.01=0.557N,方向由左手定则：电流+Y，磁场-X，所以可
确定力朝向+Z方向。
仿真模拟值FZ=0.57657（+Z方向）。与理论计算值数值误差为3.4% 方向一致。（由于导
线处的磁感线并不是完全朝-X，故X，Y方向的安培力分量此处忽略不计）
