Ansys電磁場(chǎng)分析簡(jiǎn)介.ppt

1、ANSYS電磁場(chǎng)分析軟件簡(jiǎn)介,ANSYS 介紹,ANSYS是一種廣泛的商業(yè)套裝工程分析軟件。所謂工程分析軟件，主要是在機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載所出現(xiàn)的反應(yīng)，例如應(yīng)力、位移、溫度等，根據(jù)該反應(yīng)可知道機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載后的狀態(tài)，進(jìn)而判斷是否符合設(shè)計(jì)要求。一般機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，受的負(fù)載也相當(dāng)多，理論分析往往無法進(jìn)行。想要解答，必須先簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值模擬方法分析。由于計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的軟件也應(yīng)運(yùn)而生，ANSYS 軟件在工程上應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在機(jī)械、電機(jī)、土木、電子及航空等領(lǐng)域的使用，都能達(dá)到某種程度的可信度，頗獲各界好評(píng)。使用該軟件，能夠降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。 ANSY

2、S 軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元軟件，可廣泛的用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。該軟件提供了不斷改進(jìn)的功能清單，具體包括：結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計(jì)算流體力學(xué)分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、接觸分析、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分及利用ANSYS 參數(shù)設(shè)計(jì)語言擴(kuò)展宏命令功能。,有限元方法,有限單元法的基本思想是將連續(xù)的結(jié)構(gòu)離散成有限個(gè)單元，并在每一個(gè)單元中設(shè)定有限個(gè)節(jié)點(diǎn)，將連續(xù)體看作是只在節(jié)點(diǎn)處相連接的一組單元的集合體，同時(shí)選定場(chǎng)函數(shù)的節(jié)點(diǎn)值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一近似插值函數(shù)以

3、表示單元中場(chǎng)函數(shù)的分布規(guī)律，進(jìn)而利用力學(xué)中的某些變分原理去建立用以求解節(jié)點(diǎn)未知量的有限元法方程，從而將一個(gè)連續(xù)域中的無限自由度問題化為離散域中的有限自由度問題。一經(jīng)求解就可以利用解得的節(jié)點(diǎn)值和設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以至整個(gè)集合體上的場(chǎng)函數(shù)。,電磁場(chǎng)分析與有限元方法,對(duì)于電磁場(chǎng)問題，既可以轉(zhuǎn)化為微分方程的定解問題，也可以歸結(jié)為變分問題，即求靜電場(chǎng)能量的極值問題。 有限元法就是以變分原理為基礎(chǔ)，吸取差分格式思想的一種求解微分方程的系統(tǒng)化數(shù)值計(jì)算方法。它利用離散的單元，使靜電場(chǎng)的能量近似表示為有限個(gè)結(jié)點(diǎn)電位的函數(shù)。這樣，求解靜電場(chǎng)能量的極值問題就轉(zhuǎn)化為多元函數(shù)的極值問題，即對(duì)于靜電場(chǎng)有限元計(jì)算最后

4、都?xì)w結(jié)為大型稀疏有限元方程的求解。,有限元分析流程,工程問題,搜集相關(guān)資料 決定分析項(xiàng)目 獲取材料的機(jī)械性質(zhì)及幾何條件、外力、邊界條件,建立有限元模型 材料性質(zhì) 幾何形狀的定義 元素切割的產(chǎn)生,加邊界條件 加負(fù)荷條件 加時(shí)間變化情形,分析,分析結(jié)果顯示與打印,結(jié)果研判,提出改進(jìn)方法,問題解決或得到最佳設(shè)計(jì),前置處理Preprocessing,解題程序Solution,后置處理 Post processing,有限元程序,合理,不合理,不合理,在Ansys/Emag或Ansys/Multiphysics中Ansys程序的電磁能力可用來分析電磁場(chǎng)的多方面問題，如電感、電容、阻抗、磁通量密度、磁場(chǎng)強(qiáng)

5、度、磁通泄漏、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線、品質(zhì)因數(shù)、特征頻率、磁力和力矩、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。,可用來分析以下設(shè)備,電力發(fā)電機(jī) 變壓器 螺線管 電動(dòng)機(jī) 磁成像系統(tǒng) 回旋加速器 磁懸浮裝置 圖像顯示設(shè)備傳感器,磁帶和磁盤驅(qū)動(dòng)器 波導(dǎo) 諧振腔 開關(guān) 天線輻射 濾波器 等離子體裝置 電解槽,用于Ansys電磁場(chǎng)分析的有限元公式由磁場(chǎng)的Maxwell方程組導(dǎo)出，通過將標(biāo)量勢(shì)或邊界通量引入Maxwell方程組中考慮其電磁性質(zhì)關(guān)系，就可以開發(fā)出適合于有限元分析的方程組。,ANSYS的一些特點(diǎn),用戶可方便地選擇MKS、CGS或其他一些單位制作為電磁場(chǎng)分析的單位制。 作為標(biāo)準(zhǔn)的Frontal求解器的替代者

6、，PCG、ICCG和JCG迭代求解器非常適用于求解電磁場(chǎng)問題，因?yàn)樗鼈兲峁┝藙?shì)場(chǎng)問題的快速解法。 使用二維和三維無限邊界單元，則不需要建立環(huán)繞電磁設(shè)備的無限介質(zhì)的大模型，從而可以采用更小的模型，同時(shí)降低了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的需求。,ANSYS的一些特點(diǎn)（續(xù)1）,Ansys提供了豐富的線性和非線性材料的表達(dá)方式，包括各向同性或正交各向異性的線性磁導(dǎo)率，材料的B-H曲線和永磁體的退磁曲線。 后處理功能允許用戶顯示磁力線、磁通密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度并進(jìn)行力、力矩、源輸入能量、感應(yīng)系數(shù)、端電壓和其他參數(shù)計(jì)算。,ANSYS的一些特點(diǎn)（續(xù)2）,ANSYS電場(chǎng)分析功能可用于研究電場(chǎng)的三方面的問題：電流傳導(dǎo)、靜電分析和電路

7、分析。 感興趣的物理量包括電流密度、電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)分布、電通量密度、傳導(dǎo)產(chǎn)生的焦耳熱、貯能、力、電容、電流以及電勢(shì)降等。 主要優(yōu)點(diǎn)之一是耦合場(chǎng)分析功能。磁場(chǎng)分析的耦合場(chǎng)載荷可被自動(dòng)耦合到結(jié)構(gòu)、流體和熱單元上。此外在對(duì)電路耦合器件的電磁場(chǎng)分析時(shí)，電路可被直接耦合到導(dǎo)體或電源，同時(shí)也計(jì)及運(yùn)動(dòng)的影響。,1、在電磁場(chǎng)分析中要計(jì)算的量,磁通密度 磁場(chǎng)強(qiáng)度 磁力及磁矩 阻抗 電感 渦流,能量損耗 磁漏 S-參數(shù) 品質(zhì)因數(shù) 反射波損耗 特征頻率,2、電磁場(chǎng)的來源,電流、外加磁場(chǎng)、永磁體,3、什么時(shí)候要用二維分析？,2-D平面分析： 忽略終端效應(yīng) 模型位于X-Y平面 電流方向只沿X-Y面的法線方向（Z方向）

8、磁場(chǎng)只有X-Y面內(nèi)的分量,2-D軸對(duì)稱分析： 模型位于X-Y平面 電流方向只沿X-Y面的法線方向（圓周Z方向） 磁場(chǎng)只有X-Y面內(nèi)的分量,4、什么時(shí)候要用三維分析？,要計(jì)算的設(shè)備不具有對(duì)稱性 電流不知沿著一個(gè)方向流動(dòng) 可描述2-D分析無法實(shí)現(xiàn)的計(jì)算,5、自由度情況,有限元計(jì)算中的主自由度是磁勢(shì)或磁通量，其他的磁場(chǎng)量都由這些主自由度給出。具體問題中的自由度可以是磁矢勢(shì)、磁標(biāo)勢(shì)和磁通量，這要根據(jù)所選擇的單元類型和單元選項(xiàng)來選擇。,6、ANSYS磁場(chǎng)分析的類型,2-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析，分析直流電或永磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用矢勢(shì)法。 2-D諧波磁場(chǎng)分析，分析低頻交流電流或交流電壓所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用矢勢(shì)法。 2-

9、D瞬態(tài)磁場(chǎng)分析，分析隨時(shí)間任意變化的電流或外場(chǎng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用矢勢(shì)法。,Ansys磁場(chǎng)分析的類型（續(xù)1）,3-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析，分析直流電或永磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用標(biāo)勢(shì)法。 3-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析，分析直流電或永磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用基于單元邊的方法。 3-D諧波磁場(chǎng)分析，分析低頻交流電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用基于單元邊的方法。這種方法適用于大部分諧波磁場(chǎng)分析。,Ansys磁場(chǎng)分析的類型（續(xù)2）,3-D瞬態(tài)磁場(chǎng)分析，分析隨時(shí)間任意變化的電流或外場(chǎng)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，用基于單元邊的方法。這種方法適用于大部分瞬態(tài)磁場(chǎng)分析。 3-D靜態(tài)磁場(chǎng)分析，基于節(jié)點(diǎn)，用矢勢(shì)法。 3-D諧波磁場(chǎng)分析，基于節(jié)點(diǎn)，用矢勢(shì)法。 3-D瞬態(tài)磁

10、場(chǎng)分析，基于節(jié)點(diǎn)，用矢勢(shì)法。,7、什么是磁標(biāo)勢(shì)法,這種方法可將電流源按“基元”建模，而不是單元，這樣電流源可以不是有限元的一部分，只是在相應(yīng)位置考慮它們對(duì)磁場(chǎng)的貢獻(xiàn)。它不受模型其他部分的限制，建立模型更容易。,標(biāo)勢(shì)法的特點(diǎn),可用磚型（六面體）、碶型、金字塔形、四面體型單元。 電流源用“基元”（原始實(shí)體）定義 可含永久磁體 允許線性和非線性磁導(dǎo)率 可用節(jié)點(diǎn)耦合和約束方程,8、什么是磁矢勢(shì)（MVP）法？,是基于節(jié)點(diǎn)方法中的一種（標(biāo)勢(shì)法是另一種節(jié)點(diǎn)法），矢勢(shì)法中的節(jié)點(diǎn)自由度要比標(biāo)勢(shì)法多：AX、AY和AZ，亦即X、Y和Z方向的磁矢量勢(shì)。在載壓或電路耦合分析中還可以引入另外三個(gè)自由度：電流（CURR），電動(dòng)勢(shì)降（EMF）和電勢(shì)（VOLT）。2-D磁分析必須采用矢勢(shì)法，此時(shí)主自由度只有AZ。 在矢勢(shì)法中，電流源（導(dǎo)電區(qū)域）要作為整個(gè)有限元模型的一部分。因?yàn)樗墓?jié)點(diǎn)自由度更多，所以它的運(yùn)算速度較慢。,9、什么是基于單元邊的分析？,基于單元邊的方法只能用3-D分析，而不能用于2-D分析，對(duì)大多數(shù)3-D諧波分析和瞬態(tài)分析都推薦使用這種方法。基于單