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1、I成成 绩绩 评评 定定 表表学生姓名赵锐班级学号1603030132专 业电子信息工程课程设计题目导体中的电流仿真评语组长签字：成绩日期 20 年 月 日II课程设计任务书课程设计任务书学 院信息科学与工程专 业电子信息工程学生姓名赵锐班级学号1603030132课程设计题目电磁场与电磁波仿真设计-导体中的电流仿真实践教学要求与任务实践教学要求与任务: :1) 利用电磁场仿真软件 maxwell 完成典型电磁产品仿真设计；2) 完成几何建模、材料选择、边界条件设置、加载激励及场的求解等3) 在 maxwell 环境下进行仿真设计，并给出最后的场图及对应的参数。工作计划与进度安排工作计划与进度
2、安排: : 第 1 天： 1. 布置课程设计题目及任务。 2. 查找文献、资料，确立设计方案。 第 2-3 天： 1. 安装 maxwell 软件，熟悉 maxwell 软件仿真环境。 2. 在 maxwell 环境下建立几何模型，学会材料选择、边界条件设置及加载激励。第 4 天： 1. 在 maxwell 环境下完成典型电磁产品仿真设计，并给出最后的场图及对应的 参数参数。第 5 天： 1. 课程设计结果验收。 2. 针对课程设计题目进行答辩。 3. 完成课程设计报告。指导教师：2018 年 7 月 2 日专业负责人：2018 年 7 月 2 日学院教学副院长：2018 年 7 月 2 日I
3、II目录1.课程设计的目的与作用 -11.1 设计目的： -11.2 设计作用： -12.设计任务及所用 Maxwell 软件环境介绍 -22.1 设计任务： -22.2 Maxwell 软件环境： -23.电磁模型的建立 -34.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 -75.设计总结和体会 -86.参考文献： -911.课程设计的目的与作用1.1 设计目的：电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将 Maxwell 软件引入教学中，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量。1.2 设计作用：使学生熟练使用 Ans
4、oft Maxwell 仿真软件，学会对电场、磁场进行分析，了解所做题目的原理。学会利用 Ansoft Maxwell 软件仿真简单的电场以及磁场分布，画出电场矢量 E 线图、磁感应强度 B 线图，并对仿真结果进行分析、总结。22.设计任务及所用 Maxwell 软件环境介绍2.1 设计任务：导体中，以恒定速度运动的电荷产生的电场称为恒定电场，或恒定电流场（DC conduction）。利用 Maxwell 软件实现导体中的电流仿真，得出电流密度图及导体内的电流方向。2.2 Maxwell 软件环境：Ansoft Maxwell 是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有广泛的应用。它基于麦
5、克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，使用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、兵器等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用作出了巨大的贡献。33.电磁模型的建立 3.1 建模（Model） 建立如图 1 所示模型图 1Project Insert Maxwell 3D Design FileSave asPlanar Cap（工程命名为“DC Conduction”） 选择求解器类型：Maxwell Solution Type Electric DC Conduction 创建导体 Conductor Dra
6、w Box 起点：（X,Y,Z）（1, -0.6, 0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（1, 0.2,0.2） 将六面体重命名为 Conductor Assign Material Copper（设置材料为铜） 创建另 3 个并列的导体 Select Conductor Edit Duplicate Along Line（沿线复制） 输入 line 矢量的第 1 个点：（0，0，0） 输入 line 矢量的第 2 个点：（0，0.4，0） 输入复制总数：4（包括原导体） 创建导体 Conductor_4 Draw Box 起点：（X,Y,Z）（0.8, -1, 0） 坐标偏置：（dX,dY,
7、dZ）（0.2, 2.2,0.2） 将六面体重命名为 Conductor_4 Assign Material Copper（设置材料为铜） 4创建导体 Conductor_5 Draw Box 起点：（X,Y,Z）（0.8, -0.4, 0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（-1.2, 0.2,0.2） 将六面体重命名为 Conductor_5 Assign Material Copper（设置材料为铜） 创建导体 Conductor_6 Edit Duplicate Mirror（镜像复制） 输入对称镜像平面法向量在平面中的第 1 点坐标：（0，0，0） 输入对称镜像平面法向量在平面外的第
8、2 点坐标：（0，1，0） 上述设置表示镜像平面为 XOZ 平面。将六面体重命名为 Conductor_6 创建导体 Conductor_7 Draw Box 起点：（X,Y,Z）（-0.4，0.6，0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（-0.4, -1.2,0.2）将六面体重命名为 Conductor_sink Assign Material Copper（设置材料为铜） 创建计算区域（Region） Padding Percentage：10%完成如图 1 的模型3.2 设置激励（Assign Excitation） 选择物体右键将体选择改为面选择 3.2.1 设置电流注入源 选中如图 1
9、 所示 6 个面Maxwell 3D Excitations Assign Current 1A 在图 2 的 6 个面上产生 6 个输入电流激励源5图 23.2.2 设置电流汇（Current Sink） 选中 Current_sink 导体的下列 2 侧面 ，如图 3Maxwell 3D Excitations Assign Sink图 33.设置剖分操作（Assign Mesh Operations） 选中所有物体，Ctrl+A Maxwell 3D Mesh operations Assign Inside Selection Length Based 不选 Restrict leng
10、th of elements 选中 Restrict the number of elements 输入 maximum number of elements：10000（设置剖分单元的最大数量）参数如图 46图 44.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup） Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup 5. Check & Run图 5 6. 后处理 绘出导体中的电流流向图选中所有导体 Maxwell 3D Fields Fields J J_Vector处理后如图 6 图 674.电磁模型计算及仿真结果后处理分析仿真电流
11、方向以及相应的电流密度大小如图 7图 7仿真磁场方向以及相应的磁场大小如图 8图 885.设计总结和体会大学的课程设计是为了丰富大学生的知识、提高大学生的文化、科学、技术、道德等各方面的素养水平而开设的课程。大学是培养人才的摇篮，是我们储备知识的摇篮。以前，虽然在高中的时候我是学习相关电磁场与电磁波的知识，但是到了大学，时过一年，我对电磁场与电磁波知识已经遗忘的差不多了，因此对于电子仿真与制作的学习只是停留在了基础知识的简单了解上，但这些知识也是很有趣的，为我枯燥的学习增添了一点趣味。通过这次的课程设计，无论是对于学习电磁场，还是对于自己，都有很大的提高。不仅了解了导体中的电流是如何流动的。也
12、学习了仿真的整个过程。在实验仿真的过程中，有挺多地方都不是很明白，但是通过与同学交流，网上搜索相关内容，查看相关资料，学会了如何使用 Maxwell 软件。学习的过程中有困难，仿真的过程中有疑问，但是解决后还是很开心的。96.参考文献：1.Ansoft 12 在工程电磁场中的应用 赵博 张洪亮 等编著，中国水利水电出版社2.Ansoft 工程电磁场有限元分析 刘国强 等编著，电子工业出版社3.Ansoft Maxwell 12 电机电磁场实例分析 刘慧娟 等编著，国防工业出版社4.基于 Maxwell3D 的电磁体的优化设计 黄耀清 等编著，江苏大学5.Ansoft Maxwell 在“实用型工程软件的应用”课程教学中的应用 方春恩 等编著，西华大学电气信息学院
