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1、平面单元PLANE13单元性质: 2 维耦合场实体单元有效产品： MP ME EM PP EDPLANE13 单元说明PLANE13 具有 2 维磁、热、电、压电和结构场分析能力，并能在各场之间实现有限的耦合。本单元有 4 个节点，每个节点最多有 4 个自由度。本单元具有为 B-H曲线或永磁体退磁曲线建模的非线性磁能力。PLANE13单元具有大变形和应力刚度能力。在用于纯结构分析时，PLANE13单元也具有大应变的能力。关于本单元的更多细节见 ANSYS 公司理论手册 中的 PLANE13。具有类似功能的耦合场单元是SOLID5、SOLID62和SOLID98。 图13.1PLANE13 单元
2、几何PLANE13 输入数据在图 13.1: PLANE13 单元几何 中给出了 PLANE13单元的几何形状、节点位置和单元坐标系。单元输入数据包括 4个节点和磁、热、电及结构材料特性。单位类型(MKS 单位或用户定义)通过 EMUNIT 命令指定。EMUNIT 也确定 MUZERO 的值。EMUNIT 默认采用 MKS 单位，而MUZERO = 4 x 10-7 亨/米。除 MUZERO 外，通过材料特性表中的 MURX 和 MURY来定义正交各向异性的相对导磁率。MGXX 和 MGYY 表示永磁材料矫顽力的矢量分量。矫顽力的大小为其各个分量的平方和的平方根。极化方向由分量 MGXX 和
3、MGYY 确定。永久磁极的方向和正交各向异性材料的方向与单元坐标系一致。单元坐标系的定位见 坐标系。非线性磁特性B-H、压电特性和各向异性弹性特性用 TB 命令输入，详见 数据表 隐式分析。非线性正交各向异性磁特性可以通过 B-H 曲线和线性相关导磁率的结合来确定。在各单元坐标方向上使用 B-H 曲线时，将相应导磁率设置为零。一种材料只能设置一条B-H 曲线。本单元可以组合使用不同的节点载荷 (取决于 KEYOPT(1) 的值)。节点载荷用 D 和 F 命令定义。如果有节点载荷，对平面问题应该输入每单位厚度的值，对轴对称分析应该输入整个 360圆周的值。单元载荷在 节点和单元载荷 中说明。压力
4、、对流热或热流密度 (二者不能同时使用)、辐射以及麦克斯韦面标记1可以作为单元边界面上的载荷用 SF 和 SFE命令输入，如 图 13.1 PLANE13 单元几何 中带圆圈数字所示。正压力指向单元内部。需要计算磁力的表面，可以在该面上使用无数值参数的面载荷命令 MXWF 作为标记。在这些面上会计算一个麦克斯韦应力张量以得到磁力。在求解时，这些力作为载荷施加到结构上。该表面标记应该施加到与需要计算力的体相邻的 空气单元上。删除指定的 MXWF 也就取消了该标记。体载荷 - 温度、生热率以及磁虚位移2可以输入其在单元节点处的值或单一的单元值 BF 和 BFE。源流密度载荷可以施加到面 (area
5、) 上 BFA，也可以施加到单元上 BFE。当存在温度自由度时(KEYOPT(1) = 2 或 4)，忽略以体载荷方式 BF 和 BFE 施加的温度。一般情况下，未给定的节点温度和生热率默认为由 BFUNIF 或 TUNIF 指定的均匀温度或生热率。在静态和瞬态分析时，来自焦尔热的生热率作为求解时的热载荷。如果存在温度自由度，计算得到的温度将替换任何输入的节点温度。对于需要计算局部 Jacobian 力2的空气单元，可以将 BF 命令中 MVDI 标识符的节点值取为1 和 0 以作为识别。细节可见 ANSYS 电磁场分析指南。求解时这些力不施加到结构上。译注：1 麦克斯韦面标记MXWF 不是真
6、正意义上的载荷，它只是给模型中需要计算力的部分加上标记。一般给与模型表面相邻的空气单元加上该标记，计算出力后储存到相邻的空气单元中，再在后处理器中对它们求和以得到该部分的合力。 2 磁虚位移 MVDI 不是真正意义上的载荷，它只是给模型中需要计算力的部分加上标记。和麦克斯韦面标记的作用相同，只是使用了虚功方法。磁标量势选项由 SOURC36 单元、 RACE 宏命令或电磁耦合来定义。不同的磁标量势求解选项用 MAGOPT 命令定义。单元输入汇总于 PLANE13 输入汇总。对于本单元输入的一般说明见 单元输入。用于轴对称问题时，见 轴对称单元。PLANE13 输入汇总节点I, J, K, L自
7、由度 若 KEYOPT (1) = 0 ： AZ 若 KEYOPT (1) = 2 ： TEMP 若 KEYOPT (1) = 3 ： UX, UY若 KEYOPT (1) = 4 ： UX, UY, TEMP, AZ若 KEYOPT (1) = 6 ： VOLT, AZ若 KEYOPT (1) = 7 ： UX, UY, VOLT 实常数无材料特性EX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ 或 NUXY, NUYZ, NUXZ),ALPX, ALPY, ALPZ (或 CTEX, CTEY, CTEZ 或 THSX, THSY, THSZ),DENS, GXY, DAMP,K
8、XX, KYY, C, ENTH, MUZERO, MURX, MURY,RSVZ, MGXX, MGYY, PERX, PERY,加上 BH, ANEL, 以及 PIEZ 数据表 (见 ANSYS 帮助中的 数据表 隐式分析)。面载荷 压力、对流或热流密度 (但二者不同时)、辐射 (用标识符 Lab = RDSF) 以及麦克斯韦面标记：面 1 (J-I), 面 2 (K-J), 面3 (L-K), 面4 (I-L)体载荷 温度- T(I), T(J), T(K), T(L)生热率-HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)磁虚位移- VD(I), VD(J), VD(K), VD(
9、L)源流密度- 备用, 备用, JSZ(I), PHASE(I), 备用, 备用,JSZ(J), PHASE(J), 备用, 备用, JSZ(K), PHASE(K),备用, 备用, JSZ(L), PHASE(L)求解能力场的耦合计算 (位移、温度、电、磁，但不包括压电)，要求迭代求解；大变形；大应变；应力刚度；生死单元；自适应下降。关键选项KEYOPT(1) 单元自由度 0- AZ 自由度2- 温度自由度3- UX, UY 自由度4- UX, UY, TEMP, AZ 自由度6- VOLT, AZ 自由度7- UX, UY, VOLT 自由度KEYOPT(2) 额外的形状函数0- 包括额外
10、的形状函数 1- 不包括额外的形状函数KEYOPT(3) 单元性质0- 平面应变 (有结构自由度)1- 轴对称2- 平面应力 (有结构自由度)KEYOPT(4) 单元坐标系定义0- 单元坐标系平行于总体坐标系；1- 单元坐标系以 I-J 边为基础。KEYOPT(5) 额外的单元输出0- 基本单元输出；1- 对所有积分点重复基本解；2- 节点应力输出。PLANE13 输出数据与单元有关的结果输出有两种形式： 包括在整个节点解中的节点自由度。 附加的单元输出，见表 13.1 PLANE13 单元输出定义。在图 13.2 PLANE13 应力输出 中显示了几个输出项。单元输出的方向平行于单元坐标系。
11、在 结果输出 中给出了对于结果输出的一般说明。查看的方法见 ANSYS 基本分析指南。图13.2PLANE13 单元输出由于直角坐标系和极坐标系使用的符号约定不同，对平面 (KEYOPT(3) = 0)和轴对称 (KEYOPT(3) =1) 分析，磁流量密度矢量的方向相反。单元输出定义表使用如下标记:在名称列中的冒号 (：) 表示该项可以用分量名方法 ETABLE, ESOL 处理；O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示该项可用于结果文件。无论 O列或 R 列，Y 表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号 - 表示该项不可用。表13
12、.1PLANE13 单元输出定义名称定 义OREL单元号YYNODES节点- I, J, K, LYYMAT材料号YYVOLU：体积YYXC, YC结果输出点位置Y3PRESP1 在节点 J, I; P2 在 K, J; P3 在 L, K; P4 在 I, LYYTEMP输入温度 T(I), T(J), T(K), T(L)YYHGEN输入的生热率 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)Y-S:X, Y, Z, XY应力分量 (对平面应力问题 SZ = 0.0)11S:1, 2, 3主应力11S:INT应力强度11S:EQV当量应力11EPEL:X, Y, Z, XY弹性应变1
13、1EPEL:1, 2, 3弹性主应变1-EPEL:EQV当量弹性应变 4-1EPTH:X, Y, Z, XY平均热应变11EPTH:EQV当量热应变 4-1TG:X, Y, SUM热梯度分量和矢量和11TF:X, Y, SUM热流率密度 (热流率/截面积) 分量和矢量和11EF:X, Y电场分量 (X, Y)11EF:SUMEF 矢量的大小11D:X, Y电流密度分量 (X, Y)11D:SUMD矢量的大小11UE, UD, UM电 (UE), 电介质 (UD) 和机电耦合 (UM) 能量11LOC输出位置 (X, Y)1-MUX, MUY导磁率11H:X, Y磁场强度分量11H:SUMH 矢量的大小11B:X, Y磁流密度分量11B:SUMB矢量的大小11JSZ源流密度, 仅对静态分析有效11JTZ总的电流密度11JHEAT:单位体积产生的焦耳热11FJB(X, Y)Lorentz 力分量11FMX(X, Y)Maxwell 力分量11FVW(X, Y)虚功力分量11FMAG:X, Y组合 (FJB 和 FMX) 力分量-1FACE侧面标记22AREA侧面面积22NODES侧面节点号2-HFILM侧面各节点处的膜系数2-TBULK侧面各节点处的介质温度2-TAVG侧面的平均温度22HEAT RATE由对流换热引起的边界的热流率22HEAT RATE/AREA由对流换热引
