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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。
永磁耦合器电机多物理场分析方法永磁耦合器电机多物理场分析方法。
在低温至高温的宽温区范围、真空等航天恶劣环境下，永磁电机电磁参数变化很大，材料发生非线性变化，电磁场、温度场、流体场、应力场等各个物理场之间耦合关系更加复杂，在正常环境下可以忽略的多物理场耦合关系变得不可忽略，成为关键的技术难题。
电机的铁心损耗、风摩损耗、电机温升不但与环境温度和压强密切相关，而且相互影响。
在真空环境中，散热条件特殊，与相毗邻部件的形状及表面属性相关，热辐射与表面温度成非线性关系。
真空至高压强的变化影响应力和材料特性变化，使得电机的多物理场建模难度增大。
因此恶劣环境下永磁电机内各物理场耦合关系非常复杂，研究各物理量和物理场的耦合关系及其动态变化规律非常困难。
永磁电机的多物理场分析方法以数值解析法和有限元分析为主。
在数值解析方面，通用的建模方法有传统矩阵法、键合图法、联结法、网络法等。
钟掘院士等提出了对复杂机电系统进行全局耦合分析及耦合并行设计的基本理论。
贺尚红教授等提出建立复杂网络拓扑结构的建模矩阵法，并建立机、电、液传递矩阵统一模型。
文献采用广义控制系统对发动机多场耦合数值仿真建立统一的数学模型，求解气、热、弹耦合的变域差分问题。
介绍了多场耦合的节点映射方法，讨论了场域内载荷传递。
但是数值解析法在耦合建模和求解仍存在较多问题，由于假设条件和忽略因素过多，导致计算精度不够。
在有限元分析方面，众多CAD /CAE 软件公司，如Ansys、Flux、SIMULIA、UGS 等开发多物理场耦合计算工具，已应用于航空声学、磁流体力学、动态流固耦合等领域，电磁计算的精度和效率逐步提高。
2007 年英国创刊的《InternationalJournal of Multi Physics》杂志每年召开多场耦合会议，重点关注数值模型、模型计算、实验调查，其中包括电机多物理场分析。
在传统多物理场耦合分析方面，采用交替迭代的方法可以有效解决弱耦合以及周期稳态强耦合场问题，直接耦合方法则是分析暂态强耦合场问题的最佳途径。
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。
强耦合系统的建模与仿真研究随着科技的发展，现代化的系统越来越复杂，从而对系统的理解和研究也提出了更高的要求。
在许多工程领域中，强耦合系统的研究和设计是一个重要的研究方向，如飞行器控制系统、船舶动力学、机器人控制系统、电力系统等。
对强耦合系统的建模和仿真分析，可以帮助人们更好地理解和控制系统。
一、什么是强耦合系统强耦合系统是指系统内部存在着非常强的相互作用和依赖关系，各部分之间相互影响很大。
其特点是复杂度高、动态性强、非线性强、难以直接观测和验证等。
在这类系统中，分析力学、控制理论和信号处理技术等学科的交叉应用，成为系统研究的重要工具。
二、强耦合系统的建模强耦合系统建模是研究系统的重要环节。
建模的过程包括选定建模变量、建立自然规律方程、确定相互作用及关联关系、搭建操作环节等。
通常情况下，我们可采用物理模型、仿生模型或数学模型等多种建模方法。
物理模型是将现实世界的系统几何结构、材料性质、运动状态等直接转换成系统模型的过程。
该模型可以通过实验或理论方法得出系统的性质和特征，对系统参数的变化情况一般比较敏感，可帮助分析系统的稳定性。
仿生模型是建立在生物系统的基础上，通过相似的结构和功能来模拟一个工程系统。
这种方法除了可以从自然中吸取灵感，还可以减少人工干预和提高系统环境适应性。
在仿生模型中，一些理论概念可以采用生物模型来解释。
数学模型是将物理模型或仿生模型所描述的物理现象用数学符号和公式表示的模型。
数学模型有时需要运用微积分、线性代数等高级数学知识，以便通过量化表述研究对象的特征和规律。
最常见的数学模型为动力学模型、控制模型和随机模型等。
三、强耦合系统的仿真与建模相似，仿真也是研究强耦合系统理解和控制的重要手段。
它可以通过对系统的非线性动态行为进行模拟和模拟分析，在模拟中使得仿真模型接近于真实系统，从而达到在实际系统之前严密测试和分析系统性能的目的。
建模和仿真有着密不可分的联系，一方面建立好的模型可以通过软件仿真的形式来推论系统参数和状态，另一方面仿真可以通过对模型的修改来完善建模过程中的不足。
异步牵引电机多物理场耦合仿真建模方法研究引言异步牵引电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于交通工具、机械设备以及工业生产等领域。
为了优化电机性能并满足实际应用需求，在设计和开发异步牵引电机时，需要进行多物理场耦合仿真建模，并研究相应的方法。
一、异步牵引电机的多物理场耦合异步牵引电机由电磁场、热场和机械场等多个物理场组成，这些场之间存在相互耦合关系。
电磁场是异步牵引电机的核心，通过电流流过线圈产生旋转磁场，驱动转子转动。
同时，电磁场会导致线圈发热，影响电机的温度分布和性能。
机械场主要研究电机的力学特性和负载变化对电机性能的影响。
因此，进行异步牵引电机的多物理场耦合仿真建模对于深入理解电机行为和性能具有重要意义。
二、多物理场耦合仿真建模方法的研究1. 有限元方法有限元方法是一种常见的多物理场耦合仿真建模方法。
通过将具体的物理问题离散化为有限个子问题，使用数值方法解决这些子问题，并通过耦合算法将结果整合起来，得到整个系统的行为。
在异步牵引电机仿真建模中，可以通过将电磁场、热场和机械场的数学模型离散化，使用有限元方法进行求解，得到各个场的分布和相互作用。
2. 耦合算法耦合算法是多物理场耦合仿真建模方法中关键的一部分。
常见的耦合算法包括松弛法、迭代法和分裂法等。
松弛法通过引入松弛因子，逐步加入各个物理场的耦合关系，逐步收敛到整个系统的解。
迭代法则是通过迭代更新各个物理场的解，直到系统整体的解满足收敛准则。
分裂法将整个系统分解为多个子问题，分别求解后交替更新，直到整个系统的解收敛。
以上方法都可以用于异步牵引电机多物理场耦合仿真建模，具体选择方法需要根据实际情况进行判断。
3. 界面耦合技术界面耦合技术是实现不同物理场之间耦合的重要方法。
界面耦合技术可以通过建立机械场和热场、电磁场之间的连接关系，将各个场的边界条件相互传递，实现场的耦合。
在异步牵引电机的仿真建模中，可以通过界面耦合技术实现电磁场和热场之间的相互影响，进而更准确地描述电机的性能。
