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1、第二章第二章第第1节节二维静磁学二维静磁学1应用应用: 简单直流致动器简单直流致动器问题描述问题描述2个实体园柱铁芯，中间被空个实体园柱铁芯，中间被空气隙分开气隙分开线圈中心点处于空气隙中心线圈中心点处于空气隙中心分析过程和目的分析过程和目的为模拟建模为模拟建模进行模拟进行模拟后处理后处理电磁力电磁力磁场值磁场值切去一部分线圈便以看到极面间空隙切去一部分线圈便以看到极面间空隙2模拟由模拟由3个区域组成个区域组成衔铁区衔铁区: 导磁材料导磁材料 导磁率为常数（即线导磁率为常数（即线性材料）性材料）线圈区线圈区: 线圈可视为均匀材料线圈可视为均匀材料. 空气区空气区:自由空间自由空间 (r = 1
2、) .衔铁衔铁线圈线圈3性质性质柱体柱体: r = 1000线圈线圈: r = 1 匝数匝数: 2000 (整个线圈整个线圈)空气空气: r = 1激励激励线圈励磁为直流电流线圈励磁为直流电流: 2 安安培培单位单位 (mm)衔铁衔铁Coil长度长度=35YX模型模型 轴对称轴对称材料号材料号 2材料号材料号34建模建模设置电磁学预选项（过滤器）设置电磁学预选项（过滤器）对各物理区定义单元类型对各物理区定义单元类型定义材料性质定义材料性质对每个物理区定义实体模型对每个物理区定义实体模型铁芯铁芯线圈线圈空气空气给各物理区赋材料属性给各物理区赋材料属性加边界条件加边界条件5设置预选过滤掉其它应用的
3、菜单设置预选过滤掉其它应用的菜单Main menupreferences选择选择OK6定义所有物理区的单元类型为定义所有物理区的单元类型为 PLANE53PreprocessorElement typeAdd/Edit/Delete选择选择 Add选择磁矢量和选择磁矢量和8节点节点53号单元号单元选择选择 OK7模拟模型的轴对称形状模拟模型的轴对称形状选择选择Options（选项）选项）Element behavior（单元行为）单元行为）选择选择 Axisymmetric（轴对称）轴对称）选择选择OK8定义材料定义材料PreprocessorMaterial PropsIsotropic 定
4、义空气为定义空气为1 1号材料号材料(MURX = 1)选择选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）自动循环地定义下一个材料号）选择选择OK9定义衔铁为定义衔铁为2号材料号材料选择选择OK选择选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）自动循环地选择下一个材料号）10定义线圈为定义线圈为3号材料号材料 (自由空间导磁率，自由空间导磁率，MURX=1)选择选择 OK选择选择 OK (退出材料数据输入菜单）退出材料数据输入菜单）11建立衔铁面建立衔铁面PreprocessorCreateRectangleBy Dimensions选择选择Apply (重复显示和输入重复显示和输入)建立
5、线圈面建立线圈面选择选择 Apply利用利用TAB 键移动输入键移动输入窗口窗口12建立空气面建立空气面选择选择 OK到了这步，建立了全部平到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起面，但它们还没有连接起来来.衔铁衔铁线圈线圈13用用Overlap迫使全部平面连接在一起迫使全部平面连接在一起PreprocessorOperate OverlapAreas按按Pick All现在这些平面被连接了，因此当现在这些平面被连接了，因此当生成单元时，各区域将共享区域生成单元时，各区域将共享区域边界上节点边界上节点这种操作后，原先平面被删除，这种操作后，原先平面被删除，而新的平面被重新编号而新的平面被重
6、新编号14这些平面要求与物理区和材料联系起来这些平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas用鼠标点取衔铁平面用鼠标点取衔铁平面选择选择OK (在选取框内）在选取框内）材料号窗口输入材料号窗口输入2选择选择 OK对于没有明确定义属性的对于没有明确定义属性的面，其属性缺省为面，其属性缺省为115这些平面要求与物理区和材料联系起来这些平面要求与物理区和材料联系起来Preprocessor-Attributes-DefinePicked Areas选取线圈平面选取线圈平面（在选择对话框里）点取（在选择对话框里）点取OK 材料号窗口
7、输入材料号窗口输入3点点 OK16加通量平行边界条件加通量平行边界条件Preprocessorloadsapply-magnetic-boundary-flux-parl 选选On Lines并选取相应的线并选取相应的线选选 OK“所选取的线所选取的线”“所选取的线所选取的线”注：未划分单元前，加注：未划分单元前，加上这种边界条件上这种边界条件17生成有限元网格生成有限元网格利用智能尺寸选项来控制网格大小利用智能尺寸选项来控制网格大小Preprocessor-Meshing-Size Cntrls-smartsize-basic选择选择OK18Preproc-Meshing-Mesh-Area
8、s-Free在选取框内选择在选取框内选择ALL选择选择OK打开绘制单元的材料属性打开绘制单元的材料属性UtilityPlotCtrlsNumbering选择选择 OK19力边界条件标志需要单元部件，即一组具有力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称名称”的单元的单元把衔铁定义为一个单元组件把衔铁定义为一个单元组件选择衔铁平面选择衔铁平面Utilityselectentities用此选项在图形窗用此选项在图形窗口中选择平面口中选择平面再次选择用再次选择用APPLY一旦衔铁已选好，选择一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）在选取框内）20选择与已选平面相对应的单元选择与已选平面相对应的单元
9、选择选择 OK 图示衔铁单元图示衔铁单元 Utilityplotelements衔铁单元衔铁单元用用“面面”21使单元与衔铁组件联系起来使单元与衔铁组件联系起来UtilitySelectComp/AssemblyCreate Component选择选择 OK22加力边界条件标志加力边界条件标志 PreprocessorLoadsApply-Magnetic-FlagComp Force选择选择OK 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力施加两个标志，用两个不同的方法来计算力Maxwells 应力张量应力张量虚功虚功即使只有一种选项，也要鼠即使只有一种选项，也要鼠标选取标选取23以毫米单位生成的
10、模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数 =.001)使整个模型激活使整个模型激活 UtilitySelectEverything缩放平面缩放平面-不用拷贝不用拷贝Preprocoperatescaleareas选择选择 OK24给线圈平面施加电流密度给线圈平面施加电流密度选择线圈平面选择线圈平面UtilitySelectEntity选择选择OK ( 实体选择框实体选择框)选择线圈平面选择线圈平面选择选择 OK (选取框内选取框内)25激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积.Prepr
11、ocessorOperateCalc Geometric ItemsOf Areas选择选择OK要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREAUtilityParameterGet Scalar Data 选择选择 OK26下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入去掉面号（如果有的话）去掉面号（如果有的话）这相应于几何面积总和这相应于几何面积总和选择选择 OK27把电流密度加到平面上把电流密度加到平面上PreprocessorLoadsApplyExcitationOn Areas (因
12、为只激活了线圈平面，可在选取框内选择因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择Pick All）选择选择 OK28进行计算进行计算Solu-solve-electromagnetOpt & Solve 选择选择OK这些适用于用这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略数据来进行的分析，本题将忽略29生成磁力线圈生成磁力线圈Postprocplot results2D flux lines选择选择 OK使用缺省设置，选择使用缺省设置，选择OK, （在通常情在通常情况下，可这样做）况下，可这样做）单元边缘围绕的一个红色输廓表示该单元边缘围绕的一个红色输廓表示该区域为同类材料号区域为同类材料号30计算力计算力PostprocElec&Mag CalcComp. Force选择选择 OK衔铁上力是在总体坐标衔铁上力是在总体坐标系下表示的，此力的方系下表示的，此力的方向为使气隙缩小向为使气隙缩小必须用鼠标选取必须用鼠标选取31显示总磁通密度值显示总磁通密度值 (BSUM) PostprocPlot ResultsNodal Solution 选择选择 OK32
