耦合场分析方法简介、理论、分析方法与数值仿真

ANSYS耦合场分析指南第三章2007-11-20 作者：安世亚太来源：e-works发表时间：关键字：ANSYS耦合场分析CAE教程3.141 静态分析对于静态分析，施加在换能器上的电压将产生一个作用在结构上的力。

例如如图 3 —3给机电换能器单元（TRANS126 ）施加电压（V l>V2 ）将产生静电力使扭梁旋转。

转换器单元本身就同时具有稳定和非稳定解，根据开始位置（初始间隙值），该单元可以收敛到任一个解。

静电换能器的静平衡可能是不稳定的。

增加电压电容板间的吸力增加间隙减少。

对间隙距离d,弹簧的恢复力正比于1/d静电力正比于1/d 2。

当电容间隙减少到一定值，静电吸引力大于弹簧恢复力电容板贴在一起。

相反地，当电压减小到一定值，静电吸引力小于弹簧恢复力电容板张开。

如图3 —4换能器单元有迟滞现象。

电压渐变到牵引值然后回复到释放值。

PositionPULL-IN 陽尸RELEASE__PULL-IN 忠赫療图3 —4机电迟滞如图及3 —5换能器单元本身有稳定及非稳定解。

该单元收敛到哪一个解依赖于起始位置（初始间隙大小）Force 8PULL-INVOLTAGEPOEASEFKJLLIM RELEASE图3 —5 TRANS126 单元静态稳定特性系统刚度由结构刚度和静电刚度组成，它可能是负的。

结构刚度是正的因为当弹簧拉长力增加。

但是平行板电容器的静电刚度是负的。

随间隙增加平行板间的吸力减少。

如果系统刚度是负的，在接近不稳定解时可能有收敛问题。

如果遇到收敛问题，用增强的刚度方法（KEYOPT（6）= 1）。

这个方法静电刚度设置为零保证正的系统刚度。

达到收敛之后，静电刚度自动重新建立可以进行后处理及后续的分析。

在静态分析中，必须完整定义横跨换能器的电压。

还可以施加节点位移和力，使用IC命令来施加初始位移可有助于问题收敛。

《ANSYSStructural Analysis Guide 》第二章对静力分析有详细描述。

hfss结构耦合
HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一款专业的电磁仿真软件，用于高频电磁场分析和结构耦合分析。

HFSS具有强大的功能，可以对各种复杂的电磁结构进行准确的分析和优化。

在HFSS中进行结构耦合分析时，首先需要定义待分析的电磁结构和耦合方式。

常见的结构耦合包括电磁辐射耦合、导引结构耦合、共模/差模耦合等。

对于结构耦合分析，一般的步骤如下：
1. 创建模型：在HFSS中建立待分析的电磁结构模型，包括导体、介质、器件等，并设置相应的材料属性和几何形状。

2. 定义边界条件：根据实际情况，设置适当的边界条件，如金属表面的绝缘边界条件、自由空间边界条件等。

3. 定义激励：根据设计需求，设置适当的激励源，如电流源、电压源等。

4. 设置分析参数：根据需要，设置仿真的频率范围、网格密度等参数。

5. 进行仿真计算：运行仿真计算，得到电磁场分布、耦合效应等结果。

6. 分析和优化：根据仿真结果，分析结构的电磁特性和耦合效应，并进行必要的优化和改进。

7. 结果验证：对优化后的结构进行重新仿真验证，确保满足设计要求。

HFSS具有强大的仿真分析和优化功能，可以对各种结构耦合问题进行准确的模拟和分析。

通过HFSS的结构耦合分析，可以帮助工程师设计出更可靠和高性能的电磁结构。

直接用电密j计算导体三维涡流场的fe-be耦合法导体三维涡流场的仿真是电磁场仿真中非常重要的一部分，在电力系统、电动机、变压器等领域有着广泛的应用。

而FE-BE（有限元-边界元）耦合法是一种常用的计算导体三维涡流场的数值模拟方法。

对于导体三维涡流场的仿真，通常可以通过两种方法进行，一种是有限元法（FE），另一种是边界元法（BE）。

有限元法是一种将计算域划分为离散区域，以节点为基本单位进行计算的方法。

边界元法则是基于格林函数的方法，将整个计算区域划分为两部分，一部分是含有物体的区域，另一部分是无物体的空域。

在含有物体的区域内使用边界元法进行计算，而在无物体的空域内使用格林函数进行计算。

FE-BE方法是将有限元法和边界元法相结合的一种方法，通过将计算区域划分为具有导体的有限元区域和空域的边界元区域，从而可以同时使用这两种方法进行计算。

具体的计算步骤如下：1.将计算区域划分为有限元区域和边界元区域，并分别建立有限元模型和边界元模型。

2.对于有限元区域，根据梯度原理和闭合回路的特性，可以建立稳态或者暂态电磁场的有限元方程。

3.对于边界元区域，通过格林函数法，可以得到空域中的电磁场的边界积分方程。

4.在有限元方程和边界元方程的耦合条件下，解算出导体三维涡流场的分布情况。

通常可以使用迭代方法，比如牛顿迭代法、高斯赛德尔迭代法等。

5.根据得到的涡流场的分布情况，可以求解相应的参数，如电磁力、热耗散等。

FE-BE法在导体三维涡流场的仿真中有着广泛的应用。

相比于单独使用有限元法或者边界元法，FE-BE法能够更准确地描述导体的三维涡流场分布。

但是FE-BE法也有其局限性，如计算复杂度较高、模型参数调整困难等，因此需要根据具体情况选择合适的仿真方法。

总之，FE-BE耦合法是一种常用的计算导体三维涡流场的数值模拟方法，能够提供准确的仿真结果。

它的使用需要对有限元法和边界元法有一定的理解，并结合具体的仿真需求进行调整和优化，以获得满足工程实际要求的结果。

流体－颗粒系统数值模拟的 FLUENT－EDEM 解决方案北京海基科技发展有限公司2009 年 6 月 24 日一、概述绝大多数固态物质的个体是以颗粒状的外形存在的，即：有特定的尺寸和形 状，与外界有有限的边界。

自然界中的矿石，种子，沙粒，工业产品中的药片、 糖果等都是典型的颗粒。

通常，无论是在自然界，还是人类生产实践中，都会涉 及到了流体与颗粒相互作用（包括：质量交换、动量交换和能量交换等） 。

如： 沙尘暴，水土流失，农作物的干燥，工业上使用的各种流化床，旋流分离器以及 气力输运设备等。

研究这种相互作用，对人们的生产生活有着重要意义：不仅为 提高生产力，更能为改善人类的生存环境提供指导依据。

我们将涉及流体流动换热和颗粒运动的体系称为“流体-颗粒系统” 。

该类系 统的研究难点在于： 1. 流体本身就具有形态不固定，变化无常，难于观察和测量的特点； 2. 大量颗粒进行相互碰撞：不同时刻和位置，每个颗粒的运动、受力情况 都有所不同； 3. 流体与颗粒相互影响，形成强烈的耦合作用，更加大了系统的复杂度。

在以往的研究中，实验研究占很大的比重，主要通过测定或统计的方法来获 取系统的宏观指标。

另一些则是通过模型简化，进行机理性的研究。

随着计算机 技术和数值算法的发展， 越来越多的科学家和研究人员投入到数值仿真的研究中 来，FEA（有限元分析）方法和 CFD（计算流体力学）技术成为应用力学中发展 最为迅速、 活跃的分支。

针对流体-颗粒系统的数值模拟研究， 主要采用基于 CFD 方法的多相流技术和 CFD-DEM 耦合方法。

二、气固（液固）两相流技术发展状况在研究初期，由于没有很好的描述颗粒系统的计算模型，人们更倾向于以研 究流体为切入点 （研究该类系统的科学家和研究人员通常是流体力学专业出身） ， 将系统中大量的颗粒假设为一种准流体——颗粒流，从而产生了气固（液固）两 相流技术。

气固两相物质所组成的流动系统称为气固两相流系， 其中气相通常以连续相 形式出现，固相以颗粒或团块的形式处于气相中。

ANSYS非线形分析指南基本过程第四章耦合场分析耦合场分析的定义耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了两种或者多种工程学科物理场的交叉作用和相互影响耦合例如压电分析考虑了结构和电场的相互作用它主要解决由于所施加的位移载荷引起的电压分布问题反之亦然其他的耦合场分析还有热-应力耦合分析热-电耦合分析流体-结构耦合分析磁-热耦合分析和磁-结构耦合分析等等耦合场分析的类型耦合场分析的过程取决于所需解决的问题是由哪些场的耦合作用但是耦合场的分析最终可归结为两种不同的方法序贯耦合方法和直接耦合方法序贯耦合解法序贯耦合解法是按照顺序进行两次或更多次的相关场分析它是通过把第一次场分析的结果作为第二次场分析的载荷来实现两种场的耦合的例如序贯热-应力耦合分析是将热分析得到的节点温度作为体力载荷施加在后序的应力分析中来实现耦合的直接耦合解法直接耦合解法利用包含所有必须自由度的耦合单元类型仅仅通过一次求解就能得出耦合场分析结果在这种情形下耦合是通过计算包含所有必须项的单元矩阵或单元载荷向量来实现的例如利用单元SOLID5PLANE13或SOLID98可直接进行压电分析何时运用直接耦合解法或序贯耦合解法对于不存在高度非线性相互作用的情形序贯耦合解法更为有效和方便因为我们可以独立的进行两种场的分析例如对于序贯热-应力耦合分析可以先进行非线性瞬态热分析再进行线性静态应力分析而后我们可以用热分析中任意载荷步或时间点的节点温度作为载荷进行应力分析这里耦合是一个循环过程其中迭代在两个物理场之间进行直到结果收敛到所需要的精度直接耦合解法在解决耦合场相互作用具有高度非线性时更具优势并且可利用耦合公式一次性得到最好的计算结果直接耦合解法的例子包括压电分析伴随流体流动的热传导问题以及电路-电磁场耦合分析求解这类耦合场相互作用问题都有专门的单元供直接选用第1页。

某电机多物理场耦合分析引言：电机是一种将电能转化为机械能的设备，广泛应用于工业生产和家庭生活中。

在电机的运行过程中，往往伴随着多种物理场的耦合作用，如电场、磁场、热场等。

因此，进行电机的多物理场耦合分析对于电机的设计和优化具有重要意义。

本文将探讨电机的多物理场耦合分析，以实现电机的高效运行和性能优化。

电机中的电场和磁场是相互耦合的重要物理场。

电场的存在使得电机产生电磁力，而磁场的变化也会引起电场的变化。

因此，对于电机的电场和磁场进行耦合分析，可以帮助我们理解电机的电磁特性，并进行优化设计。

电场分析主要包括电势分布、电场强度分布和电位线分布等。

通过分析电场分布，可以了解电机内部电势差的分布情况，从而评估电机的绝缘性能。

同时，还可以通过电场分析，优化电机的结构和布局，减小电场集中，提高电机的工作效率和可靠性。

磁场分析主要包括磁感应强度分布、磁通密度分布和磁场力分布等。

通过分析磁场分布，可以了解电机中磁场的分布情况，从而评估电机的磁化特性。

同时，还可以通过磁场分析，优化电机的磁路设计和磁体结构，提高电机的磁化效果和磁场稳定性。

电场和磁场的耦合分析主要是通过电磁场有限元分析方法进行。

该方法可以通过构建电磁场模型，求解麦克斯韦方程组，得到电场和磁场的分布情况。

利用电磁场有限元分析方法，可以快速准确地分析电机的电磁特性，为电机的设计和优化提供依据。

二、热场和电-磁耦合分析电机的工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，就会导致电机过热，影响电机的性能甚至损坏电机。

因此，热场分析对于电机的热效应和温度分布进行预测和优化具有重要意义。

热场分析主要包括温度分布、热流分布和热应力分布等。

通过分析热场分布，可以了解电机内部温度的分布情况，从而评估电机的散热性能。

同时，还可以通过热场分析，优化电机的散热结构和散热方式，提高电机的散热效果和稳定性。

电-磁耦合分析主要是将电场、磁场和热场进行耦合分析，来研究它们之间的相互作用关系。

基于电磁拓扑理论的场线耦合分析与仿真柳海明;王国栋【期刊名称】《铁路计算机应用》【年(卷),期】2011(020)004【摘要】The extended BLT equation was used to calculate the coupling effects of eletromagnetic (EM) field on the load of transmission line and it was considered to be the foundation of electromagnetic topology (EMT).This article analysed a simple model which described how EM field coupled to a parallel transmission line.Transmission line theory was used to deduce the BTL equation for this model according to the method of deducing the original BLT equation.Then the author used software to simulate and validate it.In rolling stock EM coupling area, this method was applicable for calculating and predicting interference on signal line or power line which was caused by wansient EM field.%扩展的BLT方程主要是用来计算电磁场对传输线上负载的干扰,是电磁拓扑理论的基石.本文对一个简化的空间辐射电磁场对平行双线耦合的模型进行分析,重新推导了该模型情况下的BLT 方程的表达形式,并用软件仿真验证理论计算结果.这种方法可以用来计算和预测机车电磁兼容中瞬态电磁场对信号线或电力线的干扰.【总页数】4页(P43-46)【作者】柳海明;王国栋【作者单位】北京交通大学,电子信息工程学院,北京,100044;北京交通大学,电子信息工程学院,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】TP391.9【相关文献】1.基于电磁拓扑理论的多孔缝场线耦合分析 [J], 高雪莲;赵磊;张晓宇;金芳;王然2.基于有限元分析的单相GIS母线电磁热流耦合场仿真 [J], 陈世萍;丛浩熹3.基于SEMBA的天线对高频辐射场的电磁耦合效应仿真 [J], 刘杰; 罗建书; 侯木舟4.基于ANSYS的中压开关柜电磁-温度场耦合仿真分析 [J], 李汉伟; 曾国辉; 刘瑾5.基于ANSYS的中压开关柜电磁-温度场耦合仿真分析 [J], 李汉伟; 曾国辉; 刘瑾因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

多物理场紧耦合建模与仿真
自然界的各种现象是用最基本的物理、化学、数学等理论来描述，这些理论大多分割为多个学科领域进行研究。

实际上各种物理过程之间是复杂的相互耦合的关系，与传统的“简化”或“解耦”方法相反，需要考虑多物理场紧耦合的模型，在“紧耦合”状态直接求解复杂物理问题。

多物理场紧耦合仿真
多物理场紧耦合仿真是将物
理过程中的力学、电磁学、流体
学、热学、化学等多个学科的偏
微分方程联立起来，结合输入的材料参数等，直接求解出所关心
变量的过程，从而可以对物理过
程进行更为精确的预测。

关键技术
● 多场偏微分方程组求解
● 复杂结构建模与有限元算法
● 大时间尺度跨度的多场求解
● 前沿基础物理理论的探索与数学表达
气体放电等离子体仿真
气体放电过程涉及电学(AC/DC/静电场)、
热学（热传导、光/热辐射）、化学反应、等
离子物理、粒子运输过程（电子、离子扩散
漂移及分布），这些物理过程结合紧密，难
以解耦。

相比传统仿真方法，多物理场紧耦
合仿真具有明显优势。

多物理场紧耦合仿真电子密度分布 电子密度分布温度分布。

新能源发电中的电磁与结构耦合分析第一章：引言近年来，随着环保意识的提高和对传统能源的限制，新能源发电被视为未来替代传统能源的主要方向。

新能源发电中，电磁与结构耦合分析是一个非常关键的问题，它直接影响到新能源发电的效率和可靠性。

因此，在新能源发电的研究过程中，电磁与结构耦合分析的研究显得尤为重要。

第二章：电磁与结构耦合分析的概念电磁与结构耦合分析是指在新能源发电设备中，电磁场与结构场相互作用的分析过程。

在新能源发电设备中，电磁场主要作用于发电机组的电磁铁系，而结构场则主要作用于发电机组的机械结构。

因此，电磁与结构耦合分析主要是分析电磁场和机械结构之间的相互作用，以确定发电机组的性能和寿命。

第三章：电磁与结构耦合分析的方法电磁与结构耦合分析的方法主要包括有限元分析方法、模态分析方法和场分析方法等。

有限元分析方法可以通过建立二维或三维形态的有限元模型，对发电机组的电磁场和机械结构进行数值模拟。

通过数值模拟，可以得到发电机组在电磁场和机械结构作用下的应变和变形情况。

模态分析方法则可以通过分析发电机组的固有频率和振动模态，来研究电磁和机械结构作用下的动态响应。

场分析方法则针对特定场中的电磁场问题进行数值分析。

第四章：电磁与结构耦合分析的应用电磁与结构耦合分析在新能源发电领域中的应用非常广泛，例如，对风力发电机组进行电磁与结构耦合分析，可以确定风力发电机组在风场作用下的结构变形和振动情况，从而更好地确定风力发电机组的安装位置和结构设计。

对于太阳能光伏设备，电磁与结构耦合分析则可以确定太阳能光伏设备在强风和电磁场作用下的效率和安全性。

第五章：电磁与结构耦合分析的展望随着新能源发电技术的不断发展，电磁与结构耦合分析将变得越来越重要。

未来，随着新能源发电设备的尺寸越来越大，对电磁与结构耦合分析的要求也会越来越高。

因此，高效的电磁与结构耦合分析方法和工具的发展将成为新能源发电研究的重要方向。

第六章：结论电磁与结构耦合分析是新能源发电中必不可少的一项研究内容，它直接影响到新能源发电设备的效率和可靠性。