《【2017年整理】ANSYS电磁场分析指南 第七章 3-D谐波磁场分析(棱边单元法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【2017年整理】ANSYS电磁场分析指南 第七章 3-D谐波磁场分析(棱边单元法（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第七章-谐波磁场分析（棱边单元方法）7.1 用棱边元方法进行谐波分析3-D 谐波磁场分析（棱边元方法）与静态分析的特点基本相同，但前者只支持线性材料特性分析。电阻和相对磁导率可以是正交各向异性，也可以与温度相关。谐波分析仍使用 SOLID117 单元。详见ANSYS 单元手册和ANSYS 理论手册。7.1.1 物理模型区域的设置和特性ANSYS 程序提供了几个选择用于处理 3-D 磁场分析中的不同的终端条件，以下图示导体的不同的终端条件：载流块导体DOFs: AZ, VOLT材料特性：m r(MURX), r(RSVX)特殊特性：耦合 VOLT 自由度，给单个节点加总电流(F,amps)。注
2、：带有净电流的短路条件，净电流不受环境影响。开路导体DOFs: AZ, VOLT材料特性：m r(MURX), r(RSVX)注：对对称性结构，令一面的 VOLT=0，再耦合另一面的节点。对 3-D 结构，令一个节点的 VOLT=0。载流绞线圈DOFs: AX, AY, AZ材料特性：m R(MURX)特殊特性：没有涡流，可以加源电流密度, JS。短路导体DOFs: AZ, VOLT材料特性：m r(MURX), r(RSVX)注：令导体对称面上的 VOLT=0。叠层铁芯自由度：AZ材料性质： r（MURX）空气自由度：AZ材料性质： r（MURX）运动导体（速度效应）可用 SOLID117
3、单元模拟恒速运动导体的速度效应，关于运动导体详情，见本章和第 2 章7.1.2 速度效应在交流（AC）激励下，运动导体的某些特殊情况是可以求解电磁场的。速度效应在静态、谐波和瞬态分析中都有效。第 2 章“二维静态磁场分析”中讨论了运动导体分析的应用情况和限制条件。对于 3D 问题，设置单元 KEYOPT 选项和实常数的过程相似于 2D 谐波分析。在谐波分析中，所加速度为常数，不作正弦变化（线圈或场激励为正弦变化），且垂直于运动方向的运动体截面应保持常数。通过设置单元的 KEYOPT（2）=1 来激活速度效应，带运动导体的 3D 谐波分析同样需要运动导体区域具有时间积分电势自由度（VOLT），这
4、通过设置单元的 KEYOPT（1）=1（AZ 和 VOLT 自由度）来实现。运动导体分析中能设置的实常数如下表所示：VELOX，VELOY，VELOZ总体笛卡儿坐标系下的 X、Y、Z 三个方向的速度分量OMEGAX，OMEGAY，OMEGAZ总体笛卡儿坐标系下的 X、Y、Z 三个方向的角速度分量（单位为 HZ），旋转中心由 XLOC，YLOC 和 ZLOC 确定XLOC，YLOC，ZLOC旋转中心的总体笛卡儿坐标系的坐标值分量可用谐波分析来仿真静场激励下的运动导体，为了表示静场，需将谐波的频率设置得很低，通常，谐波频率小于 0.0001HZ 就能产生准静态解，准静态解的结果是存放在实部里的。如
5、果使用波前法求解，谐波的频率可以低到 10-8HZ，而对于迭代解法，过低的频率会导致求解不收敛。7.2 3-D 谐波磁场分析（棱边元方法）的步骤1.在 GUI 菜单过滤中选定 Magnetic-Edge 项2.定义任务名和题目命令：/FILNAME 和/TITLEGUI:Utility MenuFileChange JobnameUtility MenuFileChange Title3.进入 ANSYS 前处理器命令：/PREP7GUI:Main MenuPreprocessor4.选择 SOLID117 单元命令：ET,solid117GUI: Main MenuPreprocessorE
6、lement TypeAdd/Edit/Delete5.选择 SOLID117 单元选项对导电区用 AZ-VOLT 自由度，对不导电区用 AZ 自由度命令：KEYOPTGUI:Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete6.定义材料特性对涡流区必须说明电阻值 RSVX，其它详见“二维静态磁场分析”一章7.建立模型对建立几何模型和划分网格的描述，详见“ANSYS 建模与分网指南”8.赋予特性命令：VATTGUI: Main menuPreprocessor-Attributes-Define9.划分网格（用 Mapped 网格）命令：VMESH
7、GUI:Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesh-Volumes-Mapped10.进入求解器命令：/SOLUGUI:Main MenuSolution11.给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件命令：DAGUI:Main MenuSolution-Loads-Apply-Magnetic-Boundary用 AZ=0 来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件自然发生，无需说明。12.加电流密度载荷命令：BFE,jsGUI:Main MenuSolution-Loads-Apply-Magnetic-Excitation除了加电流密度载荷外，还可以给一个块导
8、体加总电流：命令：F,ampsGUI:Main MenuSolution-Loads-Apply-Electric-Excitation-ImpressedCurrent-On Nodes注：在加总电流之前需耦合节点 VOLT 自由度。13.选择谐波分析类型和工作频率命令：ANTYPE,harmic,newGUI:Main MenuSolutionNew AnalysisHarmonic命令：HARFRQGUI:Main MenuSolution-Load Step Opts-Time/FrequencFreq and Substps.14.选择求解器(推荐使用 Frontal 或 ICCG
9、求解器）命令：EQSLVGUI:Main menuSolutionAnalysis Options15.选择载荷步选项16.求解命令：SOLVE(设置 OPT 域为 0)GUI:Main MenuSolutionSolve-Current LS当使用棱边单元方程时，在缺省情况下，ANSYS 程序先自动估算整个选择了单元和节点的计算区域。此时通过把自由度的值设置为零来去掉不需要的自由度；这使 ANSYS 能更块地进行解算：命令：GAUGEGVI:Main MenuSolutionLoad Step Opts magnetics Options Only Gauging使用棱边单元做电磁分析必须要
10、求估算，因此，在大多数情况下，不要关闭自动估算。17.退出 SOLUTION 处理器命令：FINISHGUI:Main MenuFinish18.按照如下过程进行后处理7.3 观察结果ANSYS 和 ANSYS/Emag 程序将棱边元方法谐波磁场分析的数据结果写入到Jobname.RMG（若选择了时间积分电势（VOLT）选项，则写入到 Jobname.RST）文件中。由于谐波分析的很多结果数据是以工作频率 w 呈谐波变化的，计算结果与输入载荷有相位差（即滞后于输入载荷），所以要写成实部和虚部两部分（可以通过实部解乘以 cos(wt)再减去虚部解乘以 sin(wt)求模，模是可测量的量）。参看A
11、NSYS 理论手册结果数据包括：主数据：节点自由度（AZ,VOLT）导出数据：节点磁通量密度（BX,BY,BZ,BSUM）节点磁场强度（HX,HY,HZ,HSUM）节点洛仑兹磁力（FMAG: X,Y,Z 分量和 SUM）单元总电流密度（JTX,JTY,JTZ）单位体积生成的焦耳热（JHEAT）单元磁能在后处理磁场分析的结果时，在 POST1 通用后处理器中可观察整个模型在给定频率处的响应解；在 POST26 时间历程后处理器中可观察在一个频率范围内某节点或单元的响应解，但在谐波分析中，频率是固定值，所以通常只有 POST1来观看数据。按照如下方式选择后处理器：命令：/POST1, /POST2
12、6GUI: Main MenuGeneral PostprocMain MenuTimeHist Postpro7.3.1 常用的后处理命令及相应的 GUI。（见下表）任务 命令 GUI 路径选择实部解 SET,1,1,0Main MenuGeneral PostprocList ResultsResults Summary选择虚部解 SET,1,1,1Main MenuGeneral PostprocList ResultsResults Summary列出边通量自由度AZ5 PRNSOL,AZMain MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Soluti
13、on列出时间积分电势（VOLT） 5 PRNSOL,VOLTMain MenuGeneral PostprocList ResultsNodal Solution列出角节点处的磁通量密度 1、5 PRVECT,BMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出角节点处的磁场强度 1、5 PRVECT,HMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出单元形心处总电流密度 5 PRVECT,JTMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出
14、角节点处的力2、6 PRVECT,FMAGMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出单元节点上的边通量密度 5 PRESOL,BMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出单元节点上的磁场强度 5 PRESOL,HMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出单元形心处的总电流密度 5 PRESOL,JTMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出单元节点力 2、6 PRE
15、SOL,FMAGMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出磁能 3、5 PRESOL,SENEMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data列出焦耳热密度 4、6 PRESOL,JHEATMain MenuGeneral PostprocList ResultsVector Data创建单元中心磁通密度 5的 X 分量单元表(Y、Z 和 SUM 分量类似)ETABLE,LAB,B,XMain MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table创建单
16、元中心磁场强度 5的 X 分量单元表(Y、Z 和 SUM 分量类似)ETABLE,LAB,H,XMain MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table创建焦耳热密度的单元表 4、6 ETABLE,LAB,JHEATMain MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table创建单元中心电流密度 5的 X 分量单元表(Y、Z 和 SUM 分量类似)ETABLE,LAB,JT,XMain MenuGeneral PostprocElement TableDefine Table创建单元磁力 2、6 的X 分量单元表(Y、Z 和 SUM 分量类似)ETABLE,LAB,FMAG,
