《NSYS电磁场分析指南 第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析(节点法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《NSYS电磁场分析指南 第九章 3-D静态、谐波和瞬态分析(节点法（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 3-D 静态、谐波和瞬态分析(节点法)91节点法(MPV)进行3D静态磁场分析3-D节点法磁场分析的具体步骤与2-D静态分析类似，选择GUI参数路径Main MenuPreferences Magnetic-Nodal，便于使用相应的单元和加载。与2-D静态 分析同样的方式定义物理环境，但要注意下面讨论的存在区别的地方。911 选择单元类型和定义实常数对于节点法3 -D静磁分析，可选的单元为3D矢量位S0LID97单元，与2D 单元不同。自由度为：AX,AY,AZ。3D矢量位方程中，用INFIN111远场单元(AX、 AY、AZ 三个自由度)来为无限边界建模。9111 定义实常数对于载
2、压和载流绞线圈(只有SOLID97单元)，必须定义如下实常数：线圈横截 面积 (CARE)该常数表示绞线圈的实际物理横截面积，无论是否采用对称性建 模。程序假定在线圈的长度方向上横截面积是不变的。线圈总匝 数(TURN)线圈总匝数，无论是否采用对称性建模。线圈的模 型体积 (VOLU)有限兀线圈区的实际体积，而不是整个线圈的总体积。电流的方 向矢量 (DIRX, DIRY, DIRZ)通过矢量的各个分量描述电流方向。对于般单兀，电流的约束方 向为(DIRX, DIRY, DIRZ) = (1,0,0).下面图1 (b)中列举了绞线 型导体的90度圆弧，可按照如下方法说明THETA方向电流：(1
3、) 说明柱状单元坐标系命令：ESYSGUI: Main MenuPreprocessor-Modeling-CreateElementElem Attributes(2) 修正单元以继承新的坐标系命令：EMODIFGUI: MainMenuPreprocessor-Modeling-Move/Modify-Elements-Modify Attrib(3)设置电流方向为(DIRX,DIRY,DIRZ) = (O,1,O)。对称系数(CSYM)CSYM (对称系数)*V0LU (有限元体积)就是整个线圈的总体积。填充系数(FILL)在线圈横截面中导体所占的比例，可用以调整线圈阻抗。z/电盎方向w
4、or s电流育向图1 柱状和圆形绞线超9.1.1.2 速度效应可求解运动物体在特定情况下的电磁场，2-D静磁分析讨论了运动体的应用 和限制，在 3-D 中，只有 SOLID97 单元类型能通过设置单元 KEYOPT 选项来考虑 速度效应。9.1.2 定义分析类型用与2D静态磁场分析相同的方式定义3D静态磁场分析，即，可以通过菜单 路径 Main MenuSolutionNew Analysis、或者用命令 ANTYPE,STATIC,NEW 来定 义一个新的静态磁场分析；或者用ANTYPE,STATIC,REST命令来重启动一个3-D 分析。如果使用了速度效应，不能在3D静态分析(ANTYPE
5、,STATIC)中直接求解具有 速度效应的静态直流激励场，而要用具有很低频率的时谐分析(ANTYPE,HARMIC) 来完成。9.1.3 选择方程求解器命令：EQSLVGUI： Main MenuSolutionAnalysis Options3D模型建议使用JCG或PCG法进行求解。而对于载压模型、载流模型、或有 速度效应的具有非对称矩阵的模型，只能使用波前法、JCG法、或ICCG法求解。 电路激励模型只能用稀疏矩阵法或波前法求解器。9.1.4 加载和求解进入求解器：命令：/SOLUGUI ： Main MenuSolution3-D静态MVP分析的载荷与2-D静态分析稍有些不同，但其菜单路
6、径是一样 的。下面是关于 3-D 静态磁场分析的一些加载：9.1.4.1 磁矢量势该载荷用以定义磁力线垂直、磁力线平行、远场、周期边界条件、以及强加外磁场等载荷和边界条件，下表描述了各种边界条件相应的磁矢量势值：边 界 条 件AX,AY,AZ 值磁 力 线 垂 直用DSYM,asym命令使A的垂直分量为0.GUI: MainMenuSolutionLoadsApplyMagneticBoundaryVector PotenFlux NormalOn Nodes.磁 力 线 平 行令A的面内的分量为0.远 场用单元INFIN111.远 场 为零AX=AY=AZ=0.周 期 性命令：CE或CPGU
7、I: Main MenuPreprocessorCoupling/CeqnConstraint EqnMain MenuPreprocessorCoupling/CeqnCouple DOFs外 加 磁 场A(X,Y,Z)不等于 0.如果用 INFIN111 号单元表示模型无限远边界，则不用定义远场为 0 的边界 条件。用CE或CP命令或者相应的等效路径施加周期性或者循环对称条件。对于外加磁场，定义不为 0 的各个分量 AX，AY，AZ。9.1.4.2 力标志给单元组件加 Maxwell 表面和虚位移标志可参见第二章中的说明。9.1.4.3 电压降（VLTG）用这些载荷定义绞线圈电压降。在MK
8、S单位制中，VLTG单位是伏特，电压降 载荷只对使用了 AX, AY, AZ, CURR自由度的SOLID97单元有效。要得到正确的解，必须藕合导体所有节点的CURR自由度。9.1.4.4 电流段（CSG（X，Y，Z）电流段加节点电流载荷，在MKS制中，电流段单位为安培-米。9.1.4.5Maxwell 表面（MXWF）见第二章中的说明。9.1.4.6源电流密度（JS）加电流到源导体，在MKS制中，电流密度JS单位为安/米2。由于电磁分析的连续方程必须满足，所以此处施加的源电流密度必须是无散 度的，这一点必须得到保证，如果有误，贝0SOLID97单元会解算出错误结果，并 且不给出任何警告信息！
9、在某些情况下，源电流密度的幅值和方向都是恒定的，自然满足无散度条件， 此时就可用下面描述的BFE命令施加电流。在其它很多复杂情况下，源电流密度 的分布事先是不知道的，此时就需要先执行一个静态电流传导分析（见第 13 章）， 一旦确定下电流，就可以用LDREAD命令将其读入磁场分析中。9.1.4.7 磁虚位移见第二章中的说明。9.1.5 备份数据用工具条中的SAVE_DB按钮来备份数据库，如果计算机出错，可以方便的恢 复需要的模型数据。恢复模型时，用下面的命令：命令：RESUMEGUI:Utility MenuFileResume Jobname.db9.1.6 求解对非线性分析，求解分为二步：
10、1. 将载荷以斜坡加载的方式加到 3 到 5 个子步上去，每个子步用一次平衡迭 代；2. 在一个子步中求得最终解，这个子步需 10 次平衡迭代。通过下面的命令完成：命令：MAGSOLV （将OPT域设为零）GUI： Main MenuSolution-Solve-Electromagnet-Static Analysis-Opt &Solv9.1.7 完成求解离开求解器：命令： FINISHGUI:Main MenuFinish9.1.8 计算电感矩阵和磁链使用 LMATRIX 宏命令可以计算线圈系统的微分电感矩阵和每个线圈的总磁 链:命令： LMATRIXGUI： Main MenuSolu
11、tion-Solve-Electromagnet-Static Analysis-InductMatrix计算电感矩阵需要几个步骤，首先将线圈单元定义为部件，定义名义电流， 然后在工作点执行一次名义求解，第 11 章有详细介绍。9.2 后处理ANSYS和ANSYS/Emag程序将3D静态磁场分析的数据结果写入到Jobname.RMG文件中，结果数据包括：主数据：节点自由度(AX,AY,AZ,CURR)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)节点磁力(FMAG: X,Y分量和SUM)节点感生电流段(CSGX,CSGY,CSGZ)单元源电流密
12、度( JSX,JSY,JSZ)单位体积生成的焦耳热(JHEAT)进入通用后处理器/POST1，进行下列后处理操作：命令：/POST1GUI: Main MenuGeneral Postproc9.2.1 从结果文件中读入数据9.2.1.1 通量线3-D矢量分析得不到通量线(磁力线)，但可利用磁通密度矢量显示来观察通 量路径。9.2.1.2 等值图显示、矢量显示、列表显示、电磁力详见第二章。9.2.1.3 带电粒子示踪在ANSYS基本过程指南的第5章和第12章中还详细介绍了怎样以图形的 方式显示带电粒子在磁场中的轨迹9.2.1.4 线圈电组和电感对于载压和载流线圈，可以计算线圈电阻和电感。每个单
13、元都存储有电阻和 电感值，对这些值求和就得到导体模型区的总电阻和总电感。这通过单元表来实 现，先选择导体单元，再用 ETABLE, tablename, NMISC, n 命令或它的等效菜单 路径（n=16为电阻，17为电感），最后用SSUM命令或它的等效菜单路径对这些 数据进行求和。对于载压线圈（SOLID97的KEY0PT（1）=2）或电路耦合线圈（SOLID97的 KEY0PT（1）=3）所计算的电感值仅在下列情况有效：线性问题（导磁率为常数）；模型没有永磁体；模型只有一个线圈。由多线圈组成的系统采用LMATRIX宏来计算微分电感矩阵和每个线圈的总磁 链。 LMATRIX 宏的详情参见
14、11 章。9.2.2 计算其它选项可以从后处理数据中计算许多其它感兴趣的项（例如总力、力矩、源输入能、 电感、磁链和端电压）。ANSYS为这些计算提供了如下宏命令： EMAGERR 宏：计算静电场或电磁场分析中的相对误差。 FLUXV 宏：计算通过一条封闭曲线的通量。 FMAGSUM 宏：对单元组件上电磁力求和。 MMF 宏：计算沿一条路径的磁动势。 SENERGY 宏：确定存储的磁能或共能。这些宏更详细讨论见第十一章“磁宏”9.3节点法（MPV） 3D谐波磁场分析像 ANSYS 分析的其他类型一样，谐波磁分析要定义物理环境、建模、加载和 求解、然后观察结果。3 -D谐波磁分析的大部分过程都与
15、2 -D谐波分析过程类 似。9.4建立3 -D谐波磁分析的物理环境除了以下将要描述的内容外，节点法3-D谐波分析的过程与第二章内所描述 的过程类似。节点法3 -D谐波分析使用S0LID62、S0LID97和CIRCU124单元。在 ANSYS 基本分析过程指南和 ANSYS 建模和分网指南中对模型的建立有详细 的介绍。当你定义材料性质时，通常使用在第2章中所讨论的相同方法，即使用 ANSYS材料库中现存的材料性质或ANSYS用户自定义的材料性质。9.4.1使用自由度来控制3D分析中导体上终端条件当进行一个节点法3-D谐波分析时，ANSYS程序提供一些选项来控制导体上 终端条件。这些选项包括在导体区增加不同的自由度（DOFs）。在节点法3-D 分析中，对于导体和终端，存在二种自由度选项：9.4.1.1 AX，AY，AZ，VOLT 选项具有AX、AY、AZ、VOLT自由度设置的导体能模拟短路和开路二种情况。VOLT 自由度表示时间积
