ANSYS电磁场分析指南

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1、仅供个人参考ANSYS电磁场分析指南（共 17章）ANSYS电磁场分析指南ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：第二章2-D静态磁场分析:ANSYS电磁场分析指南第三章2 -D谐波（AC）磁场分析:ANSYS电磁场分析指南 第四章2 - D瞬态磁场分析:不得用于商业用途For pers onal use only in study and research; not for commercial useANS YS电磁场分析指南第五章3 - D静态磁场分析（标量法）：ANS YS电磁场分析指南第六章3 - D静态磁场分析（棱边元方法）：ANS YS电磁场分析指南第七章3 - D谐波磁场分

2、析（棱边单元法）：ANS YS电磁场分析指南第八章3 -D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANS YS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）:电磁场分析指南第十章 高频电磁场分析：电磁场分析指南第十章磁宏：电磁场分析指南第十二章远场单元：电磁场分析指南第十三章电场分析：电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）:电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）:电磁场分析指南第十八早电路分析：电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法:ANS YSANS YSANS YSANS YSANS YSANS YSANS YSANS YS第一章磁场分析概述1.1 磁场分析对象ANSYS分析计

3、算利用ANSYS/Ema或ANSYS/Multiphysics 模块中的电磁场分析功能,下列的设备中的电磁场，如：电力发电机磁带及磁盘驱动器变压器波导螺线管传动器谐振腔电动机连接器磁成像系统天线辐射图像显示设备传感器滤波器回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：磁通密度能量损耗磁场强度磁漏磁力及磁矩 S -参数阻抗品质因子 Q电感回波损耗涡流本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算ANSY Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。有限元方法计算的未知量 （自由度）主要是磁位或通量， 其他关心的物理量可以由这些自由度导出。 根

4、据用户所选择的单元类型 和单元选项的不同， ANSYS十算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。1.3 静态、谐波、瞬态磁场分析禾U用ANSYS以完成下列磁场分析：2-D静态磁场分析，分析直流电（DC）或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本 书“二维静态磁场分析”2 -D谐波磁场分析，分析低频交流电流（AC）或交流电压所产生的磁场， 用矢量位方程。 参见本书“二维谐波磁场分析”2 -D 瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的 效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析”3-D 静态磁场分析， 分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。 参见本书

5、“三维静态磁场分析（标量位方法）”3-D 静态磁场分析， 分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。 参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）”3-D 谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种 方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法）”3-D 瞬态磁场分析， 分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场， 用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场分析（棱边元方法）”基于节点方法的磁场分析”3-D 静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D 静态基于节点方法的磁场分析”3-D 谐波磁场分析，用矢量位

6、方法。参见“基于节点方法的3-D 谐波基于节点方法的磁场分析”3-D 瞬态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D 瞬态1.4 关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较什么时候选择 2- D模型，什么时候选择 3- D模型？标量位方法和矢量位方法有何不 同？棱边元方法和基于节点的方法求解 3-D 问题又有什么区别？在下面将进行详细比较。3-D 分析就是用 3-D 模型模拟被分析的结构。 现实生活中大多数结构需要 3-D 模型来进 行模拟。然而 3-D 模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。所以， 若有可能， 请尽 量考虑用 2-D 模型来进行建模求解。对于大多数 3-D 静态分析

7、请尽量使用标量位方法。 此方法将电流源以基元的方式单独处 理，无需为其建立模型和划分有限元网格。 由于电流源不必成为有限元网格模型中的一部分， 建立模型更容易。标量位方法提供以下功能：砖型（六面体）、楔型、金字塔型、四面体单元。电流源以基元的方式定义（线圈型、杆型、弧型）可含永久磁体激励求解线性和非线性导磁率问题可使用节点偶合和约束方程此外，标量位方法中电流源建模简单， 因为用户只需在合适的位置施加电流源基元 （线 圈型、杆型等）就可以模拟电流对磁场的贡献。1.4.3 什么是磁矢量位方法？矢量位方法（MVP是ANSYS支持的两种基于节点的方法中的一种（标量位法是另一种基于节点的方法）。这两种方

8、法都可用于求解 3-D 静态、时谐、瞬态分析。矢量位方法中的每个节点的自由度要比标量位方法多：因为它在X、Y和Z方向分别具有磁矢量位AX AY A乙在载压或电路耦合分析中还引入了另外三个自由度：电流（CURR）,电压降（EMF）和电压（VOLT）。2-D静态磁分析必须采用矢量位方法，此时主自由度只有A乙在矢量位方法中，电流源（电流传导区域）要作为整个有限元模型的一部分。由于它的节点自由度更多，所以比标量位方法的运算速度要慢一些。矢量位方法可应用于 3-D 静态、 时谐和瞬态的磁场分析计算。 但是， 当计算区域含有导 磁材料时， 该方法的精度会有损失 （因为在不同导磁率材料的分界面上， 由于矢量

9、位的法向 分量非常大，影响了计算结果的精度）。你可以使用 INTER115 单元，在同一模型中同时使用 3-D 标量位方法和 3-D 矢量位方法。我们推荐在解决大多数的 3-D 时谐问题和瞬态问题时， 选用棱边单元法， 但此方法对于2-D 问题不适用。棱边单元法中的自由度与单元边有关系，而与单元节点没关系。 此方法在3-D低频静态和动态电磁场的模拟仿真方面有很好的求解能力。这种方法和基于节点的矢量位法同时求解具有相同泛函表达式的模型时，此方法更精 确，特别是当模型中有铁区存在时。当自由度是变化的情况下，棱边单元法比基于节点的矢量位方法更有效。ANSYS理论手册中有关于此方法更细致的描述。主要的

10、不同在于棱边单元法具有更高的精度，对于3-D分析来说，使用棱边单元的分析过程和用MVF分析的过程基本相同。所以，如前所述，我们推荐在求解大多数的 3-D时谐和瞬态问题时采用单元边方法，但在下列情况下只能用矢量位法：模型中存在着运动效应和电路耦合时；模型要求电路和速度效应时所分析的模型中没有铁区时。1.5高频电磁场分析ANSYS程序具有高频电磁分析功能，用于分析计算给定结构的电磁场和电磁波的传播特 性。大多数高频器件都是用电磁波传播信息。同一器件在不同频率的表现显然是不同的，因此在高频器件设计中，进行频响特性分析就显得尤为重要。当信号的波长与导波设备的大小相当时，就必须进行高频分析。ANSYS提

11、供时谐分析和模态分析两种分析方法，详见第10章高频电磁场分析。1.6电磁场单元概述ANSYS提供了很多可用于模拟电磁现象的单元，表1-1作了简要介绍，单元和单元特性（自由度、KEYOPT选项、输入和输出等）的详细描述请参见ANSYS单元手册。注意，并非下表中的所有单元都能应用于所有的电磁分析类型，详情请参阅相关分析类型章节的描述。表1-1电磁场单兀单元维 数单元类型节 占 八、 数形状自由度1和其它特征PLANE532-D磁实 体矢 量8四边 形AZ; AZ-VOLT AZ-CURRAZ-CURR-EMFSOURC363-D电流 源3无无自由度，线圈、杆、弧型基元SOLID963-D磁实 体标

12、 量8砖形MAG （简化、差分、通用标势）SOLID973-D磁实 体矢 量8砖形AX、AY AZ VOLT AX、AY AZ、CURR AX、AY、AZ CURR EMFAX、AY AZ、CURR VOLT支持速度效应和电路耦合INTER1153-D界面4四边 形AX、AY AZ、MAGSOLID1173-D低频 棱边 单元20砖形AZ（棱边）；AZ（棱边）-VOLTHF1193-D高频棱边单元10四面体AX（棱边）HF1203-D高频棱边单元20砖型AX（棱边）CIRCU1241-D电路8线段VOLT CURR EMF电阻、电容、电感、电 流源、电压源、绞线圈、2D大线圈、3D大线圈、互感

13、、控制源PLANE1212-D静电 实体8四边形VOLTSOLID1223-D静电 实体20砖型VOLTSOLID1233-D静电 实体10四面 体VOLTSOLID1273-D静电 实体10 一etVOLTSOLID1283-D静电 实体20 BtrickVOLTINFIN92-D无限边界2线段AZ-TEMPINFIN1102-D无限实体8四边 形AZ、VOLT TEMPINFIN473-D无限边界4四边 形MAG TEMPINFIN1113-D无限实体20砖型MAG AX AY AZ、VOLT TEMPPLANE672-D热电 实体4四边 形TEMP-VOLTLINK683-D热电杆2线段TEMP-VOLTSOLID693-D热电 实体8砖型TEMP-VOLTSHELL1573-D热电壳4四边 形TEMP-VOLTPLANE132-D耦合 实体4四边 形UX UY TEMP AZ； UX-UY-VOLTSOLID53-D耦合实体8砖型UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAGTEMP-VOLT-MA；UX-UY-UZTEMP VOLT/MAGSOLID623-D磁结构8砖型UX-UY-UZ-AX-AY-AZ-VOLTSOLID983-D耦合实体10四面 体UX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAGTEMP-VOLT-MA；UX-UY-UZTEMP VOLT/