電磁場軟件MAXWELL使用說明

1、AnsoftMaxwell2D/3D使用說明第1章Ansoft主界面控制面板簡介在Windows下安裝好Ansoft軟件的電磁場計算模塊Maxwell之后，點擊Windows的“開始"、“程序"項中的Ansoft、MaxwellControlPanel,可出現(xiàn)主界面控制面板（如下圖所示），各選項的功能介紹如下。1.1 ANSOFT介紹Ansoft公司的聯(lián)系方式，產(chǎn)品列表和發(fā)行商1.2 PROJECTS創(chuàng)建一個新的工程或調(diào)出已存在的工程。要計算一個新問題或調(diào)出過去計算過的問題應點擊此項。點擊后出現(xiàn)工程控制面板，可以實現(xiàn)以下操作：新建工程。運行已存在工程。 移動，復制，刪除，壓

2、縮，重命名，恢復工程。 新建，刪除，改變工程所在目錄。1.3 TRANSLATORS進行文件類型轉(zhuǎn)換。點擊后進入轉(zhuǎn)換控制面板，可實現(xiàn)：1. 將AutoCAD格式的文件轉(zhuǎn)換成Maxwell格式。2. 轉(zhuǎn)換不同版本的Maxwell文件。1.4 PRINT打印按鈕，可以對Maxwell的窗口屏幕進行打印操作。1.5 UTILITIES常用工具。包括顏色設置、函數(shù)計算、材料參數(shù)列表等w.v第2章二維(2D)模型計算的操作步驟2.1創(chuàng)建新工程選擇MexwellControlPanel(MexwellSV)啟動Ansoft軟件f點擊PROJECTS打開工程界面(如圖2.1所示)f點擊New進入新建工程面板

3、(如圖2.2所示)。在新建工程面板中為工程命名(Name),選擇求解模塊類型(如Maxwell2D,Maxwell3D,MaxwellSV等)。MaxwellSV為StudentVersion即學生版，它僅能計算二維場。在這里我們選擇MaxwellSVversion9來完成二維問題的計算。圖2.1工程操作界面圖2.2新建工程界面2.2 選擇求解問題的類型上一步結束后，建立了新工程(或調(diào)出了原有的工程)，進入執(zhí)行面板(ExecutiveCommands)如圖2.3所示。面板的左邊是一系列的執(zhí)行菜單，在接下來的求解過程中將順次執(zhí)行它們(前面的菜單沒有正確執(zhí)行時后面的菜單為灰色，不能執(zhí)行)。第一步，

4、選擇求解器(Solver)，點擊后會出現(xiàn)場類型選項，包括靜電場(Electrostatic)，穩(wěn)恒磁場(Magnetostatic)和正弦時變渦流場(EddyCurrent)等。選擇用戶要求解的問題類型。第二步，選擇求解區(qū)域幾何類型(Drawing)，包括平行平面場(XYPlane)和軸對稱場(RZPlane)。對于場域模型創(chuàng)建模塊(DefineModel)，設定模型材料屬性模塊(SetupMaterials)，設定邊界條件與激勵源模塊(SetupBoundaries/Sources)，設定執(zhí)行參數(shù)模塊(SetupExecutiveParameters)，設定求解參數(shù)模塊(SetupSolut

5、ionOptions)，求解模塊(Solver)與后處理模塊(PostProcess)將在下面分別詳細說明。圖2.3執(zhí)行面板(ExecutiveCommands)2.3創(chuàng)建模型（DefineModel）點擊DefineModel選項，進入模型繪制面板（2DModeler）如圖2.4所示。圖2.4：模型繪制面板（2DModeler）2.3.1模型繪制命令項介紹File創(chuàng)建新文件（New）或調(diào)出已有文件（Open）及保存幾何模型文件（Save）；導入和導出其他格式文件（Import）；設置打印選項（PrintSetup）；打?。≒rint）；退出模型繪制界面（Exit）。實際上，進入該界面后可以直

6、接建立模型，然后在推出時程序?qū)⑻釂柺欠癖４婺Ｐ停視詣影垂こ堂x予模型文件名。在建模期間若擔心信息丟失，可以使用保存命令存盤。Edit進行圖形編輯，包括選擇對象（Select）和取消選擇（Deselect）、剪切（Cut）、復制（Copy）和粘貼（Paste）、刪除（Clear）；定義對象屬性（Attributes）；控制對象的可見性（Visibility）等。復制功能可以沿坐標軸、線或?qū)ΨQ面復制對象。Reshape修改物體的形狀。包括對選中的物體進行按比例大小縮放（ScaleSelection）；對定義圓弧的線段數(shù)進行重新設置（Edge-NumberofSegments）（在畫圓弧時已進行

7、了定義）。圓弧線段的長度應小于有限元網(wǎng)格相應邊界單元的邊長，否則會帶來較大的計算誤差。因此，應定義較多的圓弧線段數(shù)（如對于圓周最好設180段）。Boolean不同物體之間的運算，包括合并（Union）、相減（Subtract）（如形成一個圓環(huán)可以通過兩個圓相減得到）、相交（Intersect）等操作。Arrange模型排列，包括移動（Move），旋轉(zhuǎn)（Rotate），鏡像（Mirror），同時可以重新定義模型尺度，即變換模型大小。Object選擇物體模型繪制類型，包括：直線或折線（Polyline，雙擊鼠標結束畫線）、圓?。ˋrc）、由點定義的光滑曲線（Spline）、矩形（Rectangle

8、）、圓（Circle）。Model模型繪制參數(shù)設置與調(diào)整，包括距離測量（Measure）、繪圖量綱（DrawingUnits）、繪圖板大小定義（DrawingSizes）、畫筆捕捉設定（SnaptoMode）、顏色與文字大小默認值設定（Defaults）。Window繪圖窗口顯示與坐標處理等，包括顯示縮放（ChangeView-Zoomin,out）、坐標平移或旋轉(zhuǎn)（CoordinateSystem）、繪圖界面網(wǎng)格設置（Grid）、填充封閉區(qū)域（FillSolids）。Help提供在線幫助。2.3.2板面快捷工具功能介紹工具條圖2.5為快捷工具條的圖標，從左到右依次為：畫折線或直線、順時針弧線

9、、逆時針弧線、光滑曲線、寫文字標記、繪制矩形、圓；物體平移、物體旋轉(zhuǎn)、選擇物體、取消選擇、設置顏色、物體屬性（包括顯示物體的端點和給物體定位）、測量（包括顯示所選兩點的坐標與距離，兩點連線與水平線的夾角）、放大、縮小、適應（使顯示平面與物體大小適應）、坐標平移、坐標旋轉(zhuǎn)。綱0勺蟲刪口創(chuàng)首觀岡.1爛圄圖2.5：快捷工具條繪圖區(qū)繪圖區(qū)是繪制物體的區(qū)域?？梢岳肳indow命令項中的Cascade-Subwindows選項打開多個繪圖區(qū)窗口?？梢哉{(diào)整這些窗口的位置和布局，也可以對每個窗口進行放大或縮小等操作，而其他窗口中的物體保持不變，此功能可以用來從不同的視角觀察繪圖區(qū)域，例如可以在一個窗口上放大

10、局部區(qū)域觀察細節(jié)，而另一個觀察整體。狀態(tài)欄狀態(tài)欄位于模型繪制面板的底部，顯示鼠標所在位置的坐標值，其主要用途是在建模工程中直接輸入坐標或幾何尺寸，這是建模的一個常用的辦法。因為用鼠標建模不易獲得準確坐標數(shù)據(jù)。若要在數(shù)據(jù)欄中輸入坐標時，應將鼠標移出繪圖區(qū)域，否則移動鼠標時會更改數(shù)據(jù)欄中的數(shù)據(jù)。注意數(shù)據(jù)輸入后按Enter健生效。信息欄信息欄位于“狀態(tài)欄”的上面，用來提示應進行的操作或顯示鼠標功能。例如，點擊建立矩形區(qū)域命令后，信息欄顯示：MOUSELEFT:Selectfirstcornerpointofrectangle(按鼠標左健選擇(確定)矩形的第一個角點)，MOUSERIGHT:Abort

11、command(按鼠標右健中斷當前命令)。注意：按鼠標右健中斷命令功能會經(jīng)常用到。若在U、V(X、Y)數(shù)據(jù)欄中輸入數(shù)據(jù)后按Enter健，信息欄顯示：MOUSELEFT:Selectsecondcornerpointofrectangle(選擇矩形的第二個角點)，此時在dU、dV數(shù)據(jù)欄中輸入矩形的寬和高按Enter健便可建立矩形。2.3.3建模的基本操作程序小結(1)選擇Model/DrawingPlane命令，設置模型的繪制平面。選項中包括XYPlane和RZPlane.(2) 選擇Model/DrawingSize重新定義模型區(qū)域的大小。(3) 選擇Model/DrawingUnits來定義

12、模型所用的單位。(4) 創(chuàng)建模型。建議通過畫直線和圓弧來完成場域邊界的建立。(5) 需要的時候，利用Edit,Reshape和Arrange菜單命令修改你所建立的模型。(6) 在建立模型的過程中也可以調(diào)用Window菜單命令新建子面板，用于模型細節(jié)或其他方面的建模。(7) 保存所建立的模型，退出模型繪制面板。2.4設定模型材料屬性(SetupMaterials)2.4.1 界面介紹模型材料界面分為4塊(如下圖所示)，左上部為物體(object)和已定義的材料名(Material)列表。尚未定義的材料名為UNASSIGNED，場域背景(Background)默認設定材料為真空(Vacuum)。左

13、下部分為Ansoft給定的或用戶加入的材料庫(Material)，右上部分為模型圖，右下部分為材料的具體參數(shù)。2.4.2 設置材料屬性1若材料庫中存在所需材料，則從物體列表中選中一個物體，然后從材料庫中選擇所需材料，最后點擊“Assign”即可完成該物體的材料屬性設定。2若材料庫中不存在所需材料，則需要先填加新材料到材料庫，然后再設定物體的材料屬性。填加新材料到材料庫中的步驟如下。1）選擇Material中的Add2）在MaterialProperties下面的文本框內(nèi)填入材料名。（3）如果需要,可選擇材料名文本框下面的PerfectConductor（良導體），AnisotropicMate

14、rial（各向異性材料）或B-HNonlinearMaterial（非線性磁材料）。4）在材料屬性參數(shù)欄中輸入具體的材料屬性值，包括Rel.Permittivity（相對介電常數(shù)），Conductivity（電導率，西門子/米），Elec.Coercivity（電矯頑力），Elec.Retentivity（電記憶力），Polarization（電極化強度）。對磁場計算還有Rel.Permeability相對磁導率，MagneticCoercivity磁矯頑力，MagneticRetentivity磁記憶力，Magnetization磁化強度。（5）對非線性材料，點擊B-HCurve按鈕，定義材

15、料的B-H曲線。（6）對于材料的屬性，也可以用函數(shù)的方法賦值，具體做法是點擊Functions按鈕，在彈處的對話框中輸入函數(shù)的名稱和表達式，然后在屬性賦值時，利用函數(shù)名稱賦值。7）材料性質(zhì)設定后，點擊Enter。廣SuigleSelectMultipleStlECtIsselECtAILiDClUClr-IncludebiectHatEELBlrreceiialA翎ionH4T±I-1-91DeeamrlonCanduci;lfflc.jsletena/teietCoiEOirncT|£c)pnlpfm巴上巴t:Ilec.RetmtlTicy|Dt)CDUlonni/aq.

16、DEte-tPolailaacloifi|PpJcoulonl/Sii.aewtrPHXwillnearXscerllEntetfiEVEZtCttiaasiFtlDEtiOD3.uAMatertai5et<jp*2<rGni曰:t2UKLA朋IGNEUHELrerinlBaLocalbnclground上亡上I-Pertect匚aduccot:TAEUllDU1QASSIENED廠KnisDttopicBficetiolDd.Fe3DEYtiitial仙o:町fldJe'35Exteiaal(Lock)SiCd24EKteiuali：Lc>ck)S>0o26E

17、KiLeinal卩“時TeElonEwcemal(LocH)airEKcemal(Lock)aimimH_5ZpETEyctitialDeciVi；vacuuij模型材料定義界面ZdddInZgoxDur71rAllntDrawing?111SolidsPel.PetLiTclulty(EraJ2.4.3排除物體有些情況下，可能讓一些物體不參加計算，這時，就可以利用排除該物體來實現(xiàn)該目的。一種典型的情況是，對于一個閉合的場域問題（如由第一類邊界包圍的一個電場區(qū)域)背景可以不參加計算，這時就可以利用排除背景來實現(xiàn)。具體做法為：選擇要排除的物體，點擊Exclude?？蒊nclude來恢復物體。2.

18、5設定邊界條件和激勵源(SetupBoundaries/Sources)2.5.1界面介紹邊界條件和激勵源的界面如下圖所示，左側(cè)為已經(jīng)設定的邊界激勵條件(第一次打開時為空)，右部上方為場域模型，用來配合選擇邊界或物體，右下方為設定邊界或激勵源的賦值區(qū)域。2.5.2 基本操作步驟1. 選擇要賦值的邊界或物體，方法：點擊Edit/Select/Edge(Object/ByClicking)，然后鼠標變?yōu)橐粋€黑色箭頭，用鼠標點擊選擇邊界(或物體)。按鼠標右鍵則退出選擇模式。2. 選擇要加載邊界條件還是激勵源，方法：點擊Assign/Boundary/Value設置邊界值、Boundary/Symme

19、try設置對稱邊界值、Boundary/Balloon設置開域場邊界，Assign/Source/Solid設置激勵源(電荷或電流)。Symmetry設置對稱邊界值分為奇對稱(Odd)和偶對稱(Even)。奇對稱可理解為對稱邊界兩側(cè)場源異號，對電場問題對稱邊為零電位線，磁場問題為一條磁力線；偶對稱為同號源，電場問題為電位的法向?qū)?shù)或電場強度的法向分量為零，磁場問題為磁場強度的切向為零或磁力線垂直于對稱邊界。如對于下圖所示的一個電場問題，設大圓邊界電位值為10V，小圓為5V，左側(cè)邊界(Edge)為奇對稱，其它三條邊界設為Balloon。電位分布如圖所示。從電位結果可以看出，實際問題是左側(cè)有一個對

20、稱模型，但大圓電位值-10V,小圓為-5V。3. 鍵入邊界或激勵數(shù)值。也可以用函數(shù)賦值，具體做法與上面講到的用函數(shù)設定模型材料屬性的方法類似。4.點擊Assign保存設置并退出。然后點擊File/Exit/Yes退出界面。2.5.3幾點說明1. 當完成物體選擇后，注意讓光標在場域內(nèi)點擊右鍵退出/完成選擇步驟。2. 對于包含在其他物體內(nèi)部的物體，用鼠標點擊不能進行選擇時，可以利用Edit/Visibility隱藏外面的物體，然后再選擇；但最好是利用物體的名稱(ByName)進行選擇。3. 對于背景(Background)，也可以和其他物體一樣處理，可以單獨選擇它的各個邊(Edge)，也可以作為整

21、體(Object)選擇，根據(jù)不同的情況加載不同的邊界條件。4. 要想改變已設定過的邊界或物體，應先刪除原來的設定，即在界面左側(cè)的列表中選中物體名然后按Del鍵。phiV2.6 設定求解參數(shù)(SetupExecutiveParameters)該步驟用來完成以下幾個集總參數(shù)的求解設定。1. 施加在一個物體或一組物體上的電磁力(Force)。2. 施加在一個物體或一組物體上的力矩(Torque)。3. 電容、電感、電阻值，對于多個物體給出分布參數(shù)矩陣(Matrix)。4. 鐵心損耗(CoreLoss)5. 磁鏈(FluxLines)設定方法或過程為：首先點擊SetupExecutiveParamet

22、ers下相應的參數(shù)項進入設定面板，然后選擇所要計算的物體。例如，若模型中有5個物體，想要計算所有物體間的電容，則應全部選定，也可僅選其中的2個物體計算一個電容值。對于力(力矩)計算，可以直接選擇物體計算各物體的受力(力矩)，也可以先創(chuàng)建一個group，然后選擇此group包含的物體，以實現(xiàn)合力(力矩)的計算。選擇一個物體后要按右下角的IncludeSelectedObjects:Yes,然后物體列表中的名字后變?yōu)閅es。2.7 設定求解選項(SetupSolutionOptions)該部分可以設置網(wǎng)格剖分、方程求解精度和求解方法等。Ansoft具有網(wǎng)格自適應功能,這是該軟件的一大優(yōu)點,自適應技

23、術可以實現(xiàn)網(wǎng)格單元的合理分布,從而可以提高計算精度。自適應網(wǎng)格細分是一個迭代過程,程序先生成一個單元較少的初始(Initial)網(wǎng)格網(wǎng)格，然后計算場量，根據(jù)場量分布細分一些區(qū)域的網(wǎng)格，然后再計算場,依次循環(huán)。該部分的具體內(nèi)容如下。1. StartingMesh:自適應迭代過程的起始網(wǎng)格。該選項的第一部分為設置迭代過程是從初始網(wǎng)格開始(Initial),還是從已經(jīng)迭代計算過的當前網(wǎng)格開始(Current)。很顯然，設置為Current是在上次已計算結果的基礎上繼續(xù)迭待，這樣可以節(jié)省時間。順便指出，在迭代過程中用戶可以終止計算，程序?qū)⒈４娈斍敖Y果，即亦可以得到計算結果。該選項的第二部分為人工網(wǎng)格處

24、理(ManualMesh)，點擊該項后進入網(wǎng)格處理界面，其中最常用的功能是網(wǎng)格細分(Refine)，利用該命令可以實現(xiàn)點(Point)、面(Area)、物體(Object)的網(wǎng)格細分，選擇Point后光標變?yōu)槭?，然后按左鍵便細分光標附近的網(wǎng)格，按Area后光標也變?yōu)槭?，按一下左鍵后拖拉鼠標到一個位置再按一次左鍵定義一個矩形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格將被細分。2. SolverResidual:方程求解器余量誤差控制，一般利用默認值le-5即可。3. SolverChoice:求解器計算方法選擇，一般選自動(Auto)方式即可。4. Solvefor:求解目的。計算場Fields，計算參數(shù)Param

25、eters(上一步設定求解參數(shù)時所設定的內(nèi)容，如電容，電感，電阻，力，力矩等)。5. 是否要利用自適應技術，若是則選中AdaptiveAnalysiso然后要設定每部細分百分數(shù)或每步約增加的單元百分數(shù)(Percentrefinementperpass)，一般設定30%為亦；設定自適應迭代終止判據(jù)或控制參量(StoppingCriterion)，要求的總步數(shù)(Numberofrequiredpasses)和誤差百分數(shù)(Percenterror)o該誤差只是相鄰兩次迭代的總能量計算誤差，并不表示場量的計算誤差。一般應設定一個較下的數(shù)值(如0.01)，然后有迭代次數(shù)控制終止，因次數(shù)和誤差只要一個條件

26、滿足程序就會停止。步數(shù)開始可選側(cè)1，待通過后處理判斷結果正確后再分幾次逐漸增加步數(shù)，以免一次定義步數(shù)太多而需要太長的計算時間。2.8 求解(Solve)對上述內(nèi)容設定完畢后就可以進行求解，在求解過程中，點擊abort按鈕，可以強行推出求解過程。當然如果前面的設置有錯誤的話，求解將不能正常完成。選擇右上角的Profile按鈕，在Command/Info窗口中顯示求解到每一步的信息；點擊右上角的Convergence（收斂）按鈕，可以觀察每一個求解步長的信息，包括剖分單元數(shù)，總能量值和能量誤差；點擊右上角的Solutions及其內(nèi)部的相應項（如Force），可以顯示相應量的求解收斂情況。2.9后處

27、理（PostProcess）求解完成后，點擊PostProcess進入結果輸出、圖形顯示和分析界面。這里僅介紹最常用的一些功能。在進入后處理界面后，選擇Plot菜單的Mesh選項，可以繪制計算過程中的網(wǎng)格剖分情況，了解剖分單元的分布。但顯示網(wǎng)格之前一定要選擇要顯示的部分，具體要通過Edit/Select來選擇。選擇Plot菜單的Field選項進行結果場圖的繪制，此時會彈出一個CreateNewPlot的界面（如下圖所示為電場問題的界面），界面從左到右分成三個部分，第一個部分是繪制的場量（PlotQuantity），包括電壓phi（畫等位線）、電場強度的幅值magE、電位移magD（畫場量分布云

28、圖）、電場強度和電位移矢量EVector和DVector（畫矢量圖）還有能量分布圖；第二部分是繪制的區(qū)域，包括點（Point）、線（Line）和面（Surface）；第三部分是繪制區(qū)所屬的范圍。在每項中都選擇一個項目后可按0K鍵。在Plot菜單下還有Visibility和Delete，點擊后將給出已顯示的場圖列表。圖形顯示方式是重疊覆蓋式，要想顯示哪個場圖（已被遮蓋的場圖）可選擇Visibility然后點擊場圖名字，每點擊一次Visibility狀態(tài)將在Yes/No之間變換。Delete用來刪除場圖以釋放內(nèi)存空間。值的注意的是，在后處理界面中可以象創(chuàng)建場域模型界面那樣曾加幾何模型，其目的是為了

29、進行模型上的場量顯示，如要想觀察沿一條線上的場分布，而該線段在場域建模時有沒有建立，則可以在此建立。第3章三維（3D）模型計算的操作步驟3.1建模1. 新建工程（Project）雙擊MAXWELL圖標，打開MAXWELL面板。單擊Project，打開工程窗口，然后單擊new按鈕，彈出圖1所示的窗口。輸入文件名（如test3d）,選擇分析類型（Type）為Maxwell3DVersion6，單擊OK。圖1工程主界面2. 選擇求解類型Solver（求解器）有三種類型，默認的求解器是Megnetostatic（靜磁場），另外兩個是Electrostatic（靜電場）和EddyCurrent（渦流場）

30、。根據(jù)自己的需要進行選擇。3. 進入建模窗口單擊Draw按鈕，彈出圖2所示窗口。默認單位制是mm，單擊該按鈕可以修改單位制，然后單擊OK。圖2單位設定界面4建模的準備工作和基本技能（1）準備工作開始打開建型界面時看到四個小窗口，其為從不同角度觀察的界面（視圖），在建模時最好只利用右上角的三維坐標界面；將鼠標移動到右上角窗口的左下角，此時鼠標變成黑色，兩邊都有箭頭，即按下鼠標左鍵向左下方拖拉，擴大該窗口。（2）基本技能：i）圖形旋轉(zhuǎn)。光標在窗口中點右鍵，彈出一個圖3所示的窗口，單擊其中的Rotate，菜單消失，鼠標變成弧狀，按住左鍵拖動可以旋轉(zhuǎn)物體。ii）圖形放大與縮小單擊工具欄傾12岡的“+”

31、號按鈕可放大圖形，“一”號可縮小，“x”號使圖形充滿窗口。iii）移動工作平面>移動工作平面可視為建立一個局部坐標，設置一個特定坐標原點與方向的坐標系。移動工作平面在建模中具有非常重要的作用，可大大簡化建模過程，如建立兩個圓柱時，可首先設定工作平面的坐標系使其Z軸與第一個圓柱的軸線重合，建立該圓柱；然后設定工作平面的坐標系使其Z軸與第二個圓柱的軸線重合,建立該圓柱。移動工作平面的具體操作步驟為：先在界面左上角的xyz后面的文本框中輸入坐標原點的位置，然后執(zhí)行菜單操作Coordinates->SetCurrentCS->MoveOrigin，將坐標系移動到該點。在角度（Rad弧

32、度或Ang度）欄內(nèi)填上角度，然后執(zhí)行菜單操作Coordinates->SetCurrentCS->RotateX,Y或Z可以旋轉(zhuǎn)坐標系。菜單Coordinates->Global可以將坐標系移回原點。PardleltagridiMovealong、Mo-xeIn33w*PositionLRotatePanZoom-Select圖45建模MAXWELL3D有三種建模方法：直接建立模型、用宏命令文件生成模型、導入二維模型然后旋轉(zhuǎn)拉伸得到三維模型。下面分別介紹。（1）直接建立模型i）建立方體。根據(jù)立方體的尺寸計算出坐標，在左上角的xyz后面的空格中輸入立方體的一個頂點坐標，然后在菜

33、單中選擇Solids->Box，或者單擊菜單欄的按鈕，進入建模狀態(tài)。然后單擊Enter，在EnterBoxSize下面的空格中輸入正方體xyz方向的寬度。最后單擊Enter完成建模。ii）建圓柱。在左上角的xyz后面的空格中輸入圓柱一個端面的中心坐標，然后在菜單中選擇Solids->Cylinder，或者單擊菜單欄的日按鈕，進入建模狀態(tài)，選擇圓柱的對稱軸。單擊Enter，在Radius&Height下面的空格中輸入半徑R和高度H,段數(shù)（圓柱的弧是由直線近似的，段數(shù)表示的就是直線的數(shù)量，越多越精確，但是剖分也越復雜）默認值是12（可以增加，最好是4的整數(shù)倍）。最后單擊Ente

34、r完成建模。iii）建矩形面積。這里介紹矩形的目的是因為在線圈上面加電流的時候需要建立一個橫截面。在左上角的xyz后面的空格中輸入矩形一個頂點的坐標，在菜單中選擇Lines->Rectangle,單擊Enter，選擇矩形所在的平面（XY/YZ/ZX）,輸入相應的長寬，例如選擇XY,那么輸入X和Y方向的距離。單擊Enter,生成矩形。iv）建空心圓柱體（圓筒。）建立圓筒模型有兩種方法。（a）建立兩個圓柱然后相減。先建兩個圓柱，然后在菜單中選擇Solids->Subtract進入相減狀態(tài)，用鼠標選擇大（被減）圓柱（注意：鼠標選擇的時候相應的圓柱會變色，以免誤選），然后OK；再選擇小圓柱

35、，OK。（b）先建立矩形面，然后旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的方法是，在菜單中Solids->Sweep->AroundAxis，在窗口左邊的Object名字框內(nèi)點擊所要選擇的矩形的名字，0K；再選擇旋轉(zhuǎn)軸，然后輸入旋轉(zhuǎn)角度，Enter。附加說明建模時每步或建完一個部分后都要按Enter確認，在這個操作之前可以在窗口中看到閃爍的圖形，這個圖形就是按Enter之后要建立的模型，如果想取消該模型，可以單擊Cancel鍵。（2）用宏命令文件生成模型。宏命令文件是可以用記事本編輯的，當然為了不用死記硬背命令極其格式，我們可以先用GUI（圖形界面方式，即建模的第一種方式）建立模型，然后察看它的宏命令文件來得到

36、相應的命令格式。由此可以看出，用此種方法建立幾種相似的模型或進行模型修改可以大大減少工作量。察看宏命令文件的方法是：打開Ansoft文件加下當前工程名.pjt文件夾下mod3文件夾下當前工程名.mac，該文件的代碼及其含義如下。（注：2D問題不能用宏命令文件）NewObjColor192192192Cyl0,0,0211"cyl1"121,0,1NewObjColor192192192Cyl0,0,0221"cyl2"122,0,1NewObjColor192192192Rectangle0,0,0211"rect1"1FitAllV

37、iews如果模型有改變，可修改這個mac文件定義新建物體的顏色為灰色建立圓柱，圓心在0,0,0，名稱為cy11定義新建物體的顏色為灰色建立圓柱，圓心在0,0,0，名稱為cy12定義新建物體的顏色為灰色建立矩形，名稱為rect1執(zhí)行fit命令然后另存。執(zhí)行宏命令文件的方法是：在建模窗口菜單中依次選擇File->Macro->Execute或者直接按Ctrl+F3，彈出下圖所示的窗口。用鼠標選擇mac文件，Ok即可自動執(zhí)行里面的命令。（3）導入二維模型。菜單操作：File->Import->2DModelerFile,選擇二維模型文件導入即可。具體方法和步驟參見附錄中的例1

38、：氣體開關電場計算。3.2定義材料屬性在工程菜單中選擇SetupMaterials進入材料屬性定義窗口，界面如下圖所示。圖中的Bachground是背景空氣區(qū)域，其他兩個物體的材料屬性都還沒有定義，故為UNASSIGNED標志。設定物體屬性的方法為：在物體列表框中選擇一個物體，在下面的材料名稱框中選擇這個物體對應的材料，單擊Assign（施加）按鈕可完成定義。這種情況適用于材料列表中已有所需材料的情況。若沒有，則需要自己定義材料，方法為：單擊Material按鈕，選擇add（添加），然后在右邊的空格中輸入材料名稱和屬性值。定義完材料屬性之后，單擊Exit關閉窗口，然后單擊yes保存。3.3 加

39、載激勵和邊界條件在工程菜單中選擇SetupBoundary/Sources進入加載窗口。加載之前要選擇欲施加載荷的物體，具體操作是進入菜單File->Edit->SelectByName來選擇。加載激勵電場問題的源為：Voltage（電壓）、Charge（電荷）和ChargeDensity（電荷密度）；磁場問題的源為：Current（電流）、CurrentDensity（電流密度）和Voltage（電壓）。對于時變場或渦流問題的源一般與計算磁場的源相同。施加邊界條件施加邊界條件和激勵源的主界面如下圖所示，可在激勵和邊界條件之間切換。完成施加邊界條件和激勵源后關閉窗口，單擊yes保存

40、。3.4 設置求解選項與求解在工程菜單中選擇SetupSolution->Options進入窗口設置求解選項。選項說明跟二維相同。完成設置后單擊OK。在工程菜單中選擇Solve->NominalProblems求解。3.5 后處理在工程菜單中選擇Postprocess->NominalProblems進入后處理窗口。后處理的功能將在后面結合實例講解。3.6 補充說明在打開一個工程時，若軟件彈出“該工程被鎖?。↙ocked）”的信息，應單擊右下角的Recover按鈕，然后單擊“是”。3.7 例兩電極電場計算1問題描述空氣中有高、低壓兩個電極，兩個電極均為圓柱導體前端有一個半球，

41、如下圖所示，球的半徑為10mm，兩球頂點相距20mm，圓柱半徑為20mm，高為100mm。計算目的是得到電場分布，察看電場強度和電位分布。為了說明軟件的使用方法，我們計算其全模型。因為是軸對稱模型，可以先建立平面模型然后旋轉(zhuǎn)得到三維模型。2.模型建立對該問題先建立二維模型然后導入二維模型進行旋轉(zhuǎn)生成三維模型。利用圖形界面建模的操作步驟如下。新建工程。雙擊MAXWELL圖標，打開MAXWELL面板。單擊Project，打開工程窗口，然后單擊new按鈕。輸入文件名(如kaiguan2d),選擇分析類型為MaxwellSVVersion9(二維軟件)，單擊OK,打開kaiguan2d工程窗口。(2)

42、將Drawing從默認的XYPlane改成RZPlane。不用修改Solver，因為只是建模，不用計算。(3) 單擊DefineModel->DrawModel進入建模窗口。(4) 進入菜單Model->DrawingSize修改畫板尺寸。R為左下角標出的U方向，Z為V方向。將原來的0,-35,100,35改成0,0,100,200，然后OK。(5) 進入菜單Model->SnaptoMode，去掉Snaptogrid(捕捉柵格)前面的對號，如下圖。注：Snaptovertex為捕捉頂點。Sn-apToModeI-iSnaptogrrii¥Snapto化aedcK(

43、6)畫電極。先畫一個如下圖所示的電極。單擊工具欄的T畫順時針圓弧，然后在屏幕下方的UV后面的空格中分別填入圓心(0,20)，單擊Enter。然后輸入圓弧的起始點(10,20)，即在dU欄中輸入10,在dV欄中輸入0,單擊Enter；dU和dV是在圓心坐標的基礎上得增量。再輸入圓弧的終點(0,10),即在dU欄中輸入0,在dV欄中輸入-10,單擊Enter。然后會彈出一個將圓由多少段直線段表示的提問窗口，定義段數(shù)(Numberofsegments，或角度增量(Angularincrement，后單擊OK,畫板上出現(xiàn)一段圓弧。附注：實際上由圓心坐標與起始點坐標即可定義圓弧的半徑，若所輸入的終點坐標

44、沒有在圓弧上，則圓弧會終止在圓心與終點的連線上。單擊工具欄中的AA進入畫線狀態(tài)?，F(xiàn)在u、V欄中分別輸入10和20,然后在du、dV中輸入10和0,按Enter；再在dU、dV中輸入0和100,按Enter；再在dU、dV中輸入-20和0,按Enter；再按Enter即可得到下圖所示的模型(為節(jié)省篇幅圖形旋轉(zhuǎn)了90度)。(7)退出保存建模窗口。單擊Exit退出工程窗口。(8) 新建一個名為kaiguan3d的工程，選擇MAXWELL3DVersion6。選擇求解器為Electrostatic。(9) 建三維模型。單擊Draw進入建模窗口。單擊0K確認單位制為mm。菜單操作File->Imp

45、ort->2DModelerFile，選擇kaiguan2d.pjt目錄，選擇該目錄下的kaiguan2d.sm2，OK。二維模型成功導入到xy平面。二維模型旋轉(zhuǎn)成三維。菜單操作：Solids->Sweep->AroundAxis。選擇Object，按OK。SweepAxis選擇Y，OK，模型一半被建立。做關于xoz坐標面的鏡像拷貝生成模型的另一半。菜單操作：Edit->SelectAll選擇所有物體；菜單操作：Edit->Duplicate->Mirror；給定對稱面上的一點，即給定xyz的坐標分別為0,0,0,Enter，然后再輸入一點定義對稱面的法向，

46、相對于對稱面上的一點(0,0,0)，應給定xyz的坐標為0,-10,0，Enter。退出保存。3. 定義材料屬性在工程窗口中單擊SetupMaterials，打開材料屬性定義窗口。將Objectl2全部定義為Copper(銅、導體)。單擊Exit和Yes。4. 定義邊界條件在工程窗口中單擊SetupBoundaries/Sources。菜單操作：Edit->Select->ByName或者用鼠標選擇高壓電極Objectl，單擊Done，在Value后面的空格中輸入100，單擊Assign按鈕。然后選擇低壓電極Object2，單擊Done，在Value后面的空格中輸入0,單擊Assi

47、gn按鈕。退出保存或保存退出。5. 定義求解選項在工程窗口中單擊SetupSolution，NumberofRequestPasses(迭代步數(shù))中輸入2。注：三維模型要求計算時間一般較長，所以不要將一個新模型的迭代步數(shù)設置太大，察看結果趨勢正確后再加步數(shù)。6. 求解在工程窗口中單擊Solve->NominalProblem進行求解。7. 后處理。察看XOY面電位分布。菜單操作：Plot->Field->phi,Surfacexy,-all-,ok,ok，電位顯示結果如下圖所示。可以看到，由于計算步數(shù)只有2，單元較少所以電位分布圖局部不光滑，呈鋸齒狀，增加計算步數(shù)即可得到好的

48、結果。r-KLT察看電場強度。菜單操作：Plot->Field->E,VectorSurface,xy,-all-,ok。Size（箭頭大?。?0,Spacing（箭頭間距）10。8. 結果文件輸出方法利用計算器可以實現(xiàn)導出結果數(shù)據(jù)的功能。(1)準備工作在Ansoft工作目錄的pjt文件夾下用記事本建立兩個文件，將它們的擴展名分別修改為pts和reg。pts文件的內(nèi)容為給定所要觀察的場點的坐標，其格式如下(三個點)：0-50000050(2)導出結果數(shù)據(jù)到文件以電場強度的結果為例。單擊工具欄中的計算器按鈕，在input中單擊Qty按鈕并選擇E,在ouput中選擇Export->

49、;ToFile，在PointsFileName中選擇已建立的擴展名為pts的文件，OutputFileName中選擇已建立的擴展名為reg的文件，OK即可。用記事本打開reg文件，即可看到如下結果。Vectordata"<Ex,Ey,Ez>"0-505866.51211916-55464.28633419558098.0792033769000-794.167058431997-55535.40352758282945.319567012770503264.90141432673-55591.4792657537-2160.26057866903第4章有限元法簡

50、介AnsoftMaxwell軟件所用的算法是有限元法，該方法是當前應用最廣泛的數(shù)值解法。有限元方法具有通用性強、使用范圍廣等優(yōu)點。但有限元方法的計算精度取決于剖分單元的大小與單元的分布，單元數(shù)量越多一般計算精度越高。4.1有限元法基本原理有限元法是以變分原理和近似插值離散為基礎的一種數(shù)值計算方法。該方法首先利用變分原理把所要求解的邊值問題轉(zhuǎn)化為相應的變分問題，也就是泛函極值問題，然后利用對場域的網(wǎng)格剖分離散和在單元上對場函數(shù)的插值近似，將變分問題轉(zhuǎn)化為普通多元函數(shù)的極值問題，最終歸結為一個代數(shù)方程組，解之即得待求邊值問題的數(shù)值解。對于計算靜電場問題的泊松方程：-賈gp在場域為0時，它的等價泛函為I（申）=川-冋|2d0-fff申pd002q即，使得該泛函取得極值的函數(shù)必滿足方程（1）。因此，求解方程（1）的問題轉(zhuǎn)化成了求解式（2）所示的泛函的極值問題。(3)若將場域0離散化，即劃分為許多個小體積（單元），且在每個單元內(nèi)將電位的分布近似看作是線性變化的，即單元內(nèi)各點的電位由該單元各頂點電位線性表示，由此式（2）中對場域0的積分可以