磁場分析對象

第一章磁場分析概述利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模塊中的電磁場分析功能，ANSYS可分析計算下列的設備中的電磁場，如：·電力發(fā)電機 ·磁帶及磁盤驅動器·變壓器 ·波導·螺線管傳動器 ·諧振腔·電動機 ·連接器·磁成像系統(tǒng) ·天線輻射·圖像顯示設備傳感器 ·濾波器·回旋加速器在一般電磁場分析中關心的典型的物理量為：·磁通密度·能量損耗·磁場強度·磁漏·磁力及磁矩·S-參數·阻抗·品質因子Q·電感·回波損耗·渦流·本征頻率存在電流、永磁體和外加場都會激勵起需要分析的磁場。ANSYS如何完成電磁場分析計算ANSYS以Maxwell方程組作為電磁場分析的出發(fā)點。有限元方法計算的未知量（自由度類型和單元選項的不同，ANSYS計算的自由度可以是標量磁位、矢量磁位或邊界通量。靜態(tài)、諧波、瞬態(tài)磁場分析利用ANSYS可以完成下列磁場分析：·2-D靜態(tài)磁場分析，分析直流電(DC)或永磁體所產生的磁場，用矢量位方程。參見本書“二維靜態(tài)磁場分析”·2-D(AC)參見本書“二維諧波磁場分析”·2-D瞬態(tài)磁場分析，分析隨時間任意變化的電流或外場所產生的磁場，包含永磁體的效應，用矢量位方程。參見本書“二維瞬態(tài)磁場分析”·3-D“三維靜態(tài)磁場分析（標量位方法）”·3-D“三維靜態(tài)磁場分析（棱邊元方法）”·3-D諧波磁場分析，分析低頻交流電所產生的磁場，用棱邊單元法。建議盡量用這種方法求解諧波磁場分析。參見本書“三維諧波磁場分析（棱邊元方法）”·3-D建議盡量用這種方法求解諧波磁場分析。參見本書“三維瞬態(tài)磁場分析（棱邊元方法）”·3-D“3-D靜態(tài)磁場分析”·3-D“3-D諧波磁場分析”·基于節(jié)點方法的3-D“3-D瞬態(tài)磁場分析”關于棱邊單元、標量位、矢量位方法的比較什么時候選擇2－D模型，什么時候選擇3－D模型？標量位方法和矢量位方法有何不同？棱邊元方法和基于節(jié)點的方法求解3-D問題又有什么區(qū)別？在下面將進行詳細比較。1.4.12-D3-D分析比較3-D分析就是用3-D模型模擬被分析的結構?，F(xiàn)實生活中大多數結構需要3-D模型來進行模擬。然而3-D模型對建模的復雜度和計算的時間都有較高要求。所以，若有可能，2-D模型來進行建模求解。什么是磁標量位方法？對于大多數3-D靜態(tài)分析請盡量使用標量位方法。此方法將電流源以基元的方式單獨分，建立模型更容易。標量位方法提供以下功能：·磚型（六面體）、楔型、金字塔型、四面體單元。·電流源以基元的方式定義（線圈型、桿型、弧型）·可含永久磁體激勵·求解線性和非線性導磁率問題·可使用節(jié)點偶合和約束方程（線圈型、桿型等）就可以模擬電流對磁場的貢獻。什么是磁矢量位方法？矢量位方法（MVP）是ANSYS支持的兩種基于節(jié)點的方法中的一種（標量位法是另一種基于節(jié)點的方法）。這兩種方法都可用于求解3-D靜態(tài)、時諧、瞬態(tài)分析。矢量位方法中的每個節(jié)點的自由度要比標量位方法多XY和Z方向分別具有磁矢量位AXAYAZ電流(CURR)，電壓降(EMF)和電壓(VOLT)2-DAZ。（電流傳導區(qū)域）要作為整個有限元模型的一部分。由于它的節(jié)點自由度更多，所以比標量位方法的運算速度要慢一些。3-D靜態(tài)、時諧和瞬態(tài)的磁場分析計算。但是，當計算區(qū)域含有（向分量非常大，影響了計算結果的精度）。你可以使用INTER1153-D3-D矢量位方法。分頁什么是棱邊元方法？我們推薦在解決大多數的3-D時諧問題和瞬態(tài)問題時，選用棱邊單元法，但此方法對2-D問題不適用。棱邊單元法中的自由度與單元邊有關系，而與單元節(jié)點沒關系。此方法在3-D低頻靜態(tài)和動態(tài)電磁場的模擬仿真方面有很好的求解能力。這種方法和基于節(jié)點的矢量位法同時求解具有相同泛函表達式的模型時方法更有效。ANSYS理論手冊中有關于此方法更細致的描述。棱邊元方法和矢量位方法的比較主要的不同在于棱邊單元法具有更高的精度，對于3-D分析來說，使用棱邊單元的分析過程和用MVP分析的過程基本相同。所以，如前所述，我們推薦在求解大多數的3-D時諧和瞬態(tài)問題時采用單元邊方法，但在下列情況下只能用矢量位法：·模型中存在著運動效應和電路耦合時；·模型要求電路和速度效應時·所分析的模型中沒有鐵區(qū)時。高頻電磁場分析ANSYS特性。相當時，就必須進行高頻分析。ANSYS提供時諧分析和模態(tài)分析兩種分析方法，詳見第10章《高頻電磁場分析》。電磁場單元概述ANSYS提供了很多可用于模擬電磁現(xiàn)象的單元，表1-1作了簡要介紹，單元和單元特并非下表中的所有單元都能應用于所有的電磁分析類型述。1-1電磁場單元單元單元節(jié)點數形狀磁實量電流SOURC363-D源磁實量8四邊形AZ；AZ-VOLT；AZ-CURR；AZ-CURR-EMF3無無自由度，線圈、桿、弧型基元8磚形MAG(簡化、差分、通用標勢)AX、AY、AZ、VOLT；AX、AY、AZ、CURR；AX、磁實AY、AZ、CURR、EMF；SOLID973-D8磚形AX、AY、AZ、CURR、VOLT；量支持速度效應和電路耦合INTER1153-D4四邊形AX、AY、AZ、MAG低頻SOLID1173-D20單元高頻磚形AZ(棱邊)；AZ(棱邊)-VOLTHF119單元四面體AX(棱邊)HF120磚型AX(棱邊)棱邊單元VOLT、CURR、EMF；電阻、電容、電感、電流CIRCU1241-D8線段源、電壓源、絞線圈、2D3D互感、控制源靜電 四邊PLANE1212-D 8實體 形靜電SOLID1223-D 20磚型實體靜電 四面SOLID1233-D 10實體 體靜電SOLID1273-D 10Tet實體靜電SOLID1283-D 20Brick實體無限INFIN92-D 2線段邊界無限 四邊INFIN1102-D 8實體 形無限 四邊INFIN473-D 4邊界 形無限INFIN1113-D 20磚型實體熱電 四邊PLANE672-D 4實體 形熱電LINK683-D 2線段桿熱電SOLID693-D 8磚型實體熱電 四邊SHELL1573-D 4殼 形耦合 四邊PLANE132-D 4實體 形耦合

VOLTVOLTVOLTVOLTVOLTAZ-TEMPAZ、VOLT、TEMPMAG、TEMPMAG、AX、AY、AZ、VOLT、TEMPTEMP-VOLTTEMP-VOLTTEMP-VOLTTEMP-VOLTUX、UY、TEMP、AZ；UX-UY-VOLTUX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG；TEMP-VOLT-MAG；SOLID53-D 8磚型 UX-UY-UZ；實體磁結SOLID623-D 8磚型構耦合 SOLID983-D 10實體 體

TEMP、VOLT/MAGUX-UY-UZ-AX-AY-AZ-VOLTUX-UY-UZ-TEMP-VOLT-MAG；TEMP-VOLT-MAG；UX-UY-UZ；TEMP、VOLT/MAG1具體的自由度根據KEYOPT選項的具體設置來激活關于GUI路徑和命令方式ANSYS命令流和其等效路徑的提示。這些命令行一些其他的更復雜的操作。若希望了解更復雜的命令語法，請參考《ANSYS命令指南》我們盡可能多地列出了GUI等效路徑的提示幫助。很多情況下，直接執(zhí)行GUI路徑就可以執(zhí)行相應的命令函數；在有些情況下，執(zhí)行GUI路徑后，會出現(xiàn)菜單和對話框，根據提示選擇相應的選項完成希望執(zhí)行的命令函數。類型。詳細情況請參見《ANSYS基本過程指南》中的“材料模型界面”。第二章2-D靜態(tài)磁場分析什么是靜態(tài)磁場分析靜態(tài)磁場分析考慮由下列激勵產生的靜態(tài)磁場：·永磁體·穩(wěn)態(tài)直流電流·外加電壓·運動導體·外加靜磁場永磁體。靜磁分析的分析步驟根據以下幾個因素決定：·2－D3－D·在分析中，考慮使用哪種方法。如果靜態(tài)分析為2－D，就必須采用在本章內討論的矢3－D（5章（9章、或者棱邊元方法（6章）。二維靜態(tài)磁場分析中要用到的單元：2-D計算時首先要考慮是否能將它簡化成2-D平面問題或軸對稱問題，這是因為2-D模型建立起來更容易，運算起來也更快捷。ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Emag2-D靜態(tài)磁場分析的單元（如下表）。詳細情況參見《ANSYS單元手冊》。2-12-D實體單元維單元 形狀或特性數四邊形，4

自由度PLANE132-D節(jié)點 最多可達每節(jié)點4個；可以是磁矢勢(AZ)、位或三角形3移、溫度或時間積分電勢。節(jié)點四邊形，8PLANE532-D節(jié)點 最多可達每節(jié)點4個；可以是磁矢勢(AZ)、時或三角形6間積分電勢、電流或電動勢降。節(jié)點2-2.遠場單元單元 維數單元 維數INFIN9 2-DINFIN1102-D形狀或特性線型，2節(jié)點四邊形，48個節(jié)點自由度磁矢勢(AZ)2-3.通用電路單元單元單元維數形狀或特性自由度注意CIRCU124無通用電路單元，每節(jié)點最多可有三個；可以通常與磁場6節(jié)點是電勢、電流或電動勢降耦合時使用2-D單元用矢量位方法（即求解問題時使用的自由度為矢量位）。因為單元是二維的，故每個節(jié)點只有一個矢量位自由度：AZ(Z方向上的矢量位)。時間積分電勢(VOLT)用于載流塊導體或給導體施加強制終端條件。就需要CIRCU124單元具有AZCURR和EMF（電動勢降或電勢降（關于電磁電路耦合的更詳細信息，參見《ANSYS耦合場分析指南》）。靜態(tài)磁場分析的步驟靜態(tài)磁場分析分以下五個步驟：創(chuàng)建物理環(huán)境建立模型，劃分網格，對模型的不同區(qū)域賦予特性加邊界條件和載荷（激磁）求解后處理（查看計算結果）下面將詳細討論這幾個步驟2－D靜態(tài)分析例題。這個例題是以ANSYS圖形用戶界面的方式來做的ANSYS命令格式。創(chuàng)建物理環(huán)境在定義一個分析問題的物理環(huán)境時，進入ANSYS仿真模型。按照以下步驟來建立物理環(huán)境：1、設置GUI菜單過濾2、定義分析標題（/TITLE）3、說明單元類型及其選項（KEYOPT選項）4、定義單元坐標系5、設置實常數和單位制6、定義材料屬性GUI過濾如果你是通過GUI路徑來運行ANSYS，當ANSYS被激活后第一件要做的事情是選擇菜單路徑：MainMenu>Preferences，在對話框出現(xiàn)后，選擇Magnetic-Nodal。因為ANSYS會根據你選擇的參數來對單元進行過濾，選擇Magnetic-Nodal以確保能2-D靜態(tài)磁場分析的單元。分頁定義分析標題給你所進行的分析一個能夠代表所分析內容的標題，比如“2-Dsolenoidactuatorstaticanalysis”題。命令：/TITLEGUI:：UtilityMenu>File>ChangeTitle定義單元類型及其選項與其他分析一樣，進行相應的單元選擇，詳細過程參見《ANSYS基本過程指南》。各種不同的單元組合在一起，成為具體的物理問題的抽象模型。根據處理問題的不同，在模型的不同區(qū)域定義不同的單元元類型。你所選擇的單元及它們的選項（KEYOPTs，后面還要詳細討論）可以反映待求區(qū)域的物理事實。定義好不同的單元及其選項后，就可以施加在模型的不同區(qū)域。2-D分析中存在兩種不同區(qū)域。DOF:AZ空氣材料特性：MUr(MURX),rho(RSVX)(如要計算焦耳熱)DOF:AZ鐵材料特性：MUr(MURX)或B-H曲線(TB命令)DOF:AZ永磁體材料特性：MUr(MURX)B-H曲線(TB命令)，Hc(矯頑力矢量MGXX,MGYY)注：永磁體的極化方向由矯頑力矢量和單元坐標系共同控制。DOF:AZ載流絞材料特性：MUr(MURX)特殊特性：加源電流密度JS(用BFE,,JS命令)線圈每匝中的電流和線圈橫截面積來計算電流密度。載壓絞線圈

DOF:AZ,CURR材料特性：MUr(MURX),rho(RSVX)實常數：CARE,TURN,LENG,DIRZ,FILLVLTG用BFE命令CURR注：用單元PLANE53建模，外加電壓不受外界環(huán)境影響。DOF:AZ材料特性：MUr(MURX)B-H曲線(TB命令),rho(RSVX)實常數：VELOX,VELOY,OMEGAZ,XLOC,YLOC注：運動物體不允許在空間上有“材料”的改變。PLANE13和PLANE53單元表示所有的內部區(qū)域，包括鐵區(qū)，導電區(qū)，永磁體區(qū)和空氣等。分頁模擬一個平面無邊界問題2節(jié)點邊界元INFIN9或4/8節(jié)點邊界元INFIN110。INFIN9或INFIN110能模擬磁場的遠場衰減，而且相對于給定磁流平行或垂直邊界條件而言，遠場單元可得到更好的計算結果。PLANE53有如下KEYOPTs：KEYOPT（1）選擇單元自由度KEYOPT（2）指定單元采用通用速度方程還是不計速度效應KEYOPT（3）設定平面或軸對稱選擇KEYOPT（4）設置單元坐標系類型KEYOPT（5）說明單元結果打印輸出選項KEYOPT（7）保存磁力，用以與有中間節(jié)點或無中間節(jié)點結構單元進行耦合每種單元類型具有不同的KEYOPT設置，同一個KEYOPT對不同的單元含義也不一樣。KEYOPT（1）一般用于控制附加自由度的采用，這些附加自由度用來模擬求解區(qū)間內不同的物理區(qū)域（例如，絞線導體、大導體、電路耦合導體等）。關于KEYOPT設置的詳細情況參見《ANSYS單元手冊》。設置單元關鍵選項的方式如下：命令：ETKEYOPTGUI：MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/delete定義單元坐標系（迭片材料），或者永磁材料的極性是任意的，那么定義完單元（缺省為全局笛卡爾坐標系）部坐標系（通過原點坐標及方向角來定義），方式如下：命令：LOCALGUI:UtilityMenu>WorkPlane>LocalCoordinateSystems>CreateLocalCS>AtSpecifiedLoc局部坐標系可以是笛卡爾坐標系、柱坐標系（圓或橢圓）、球坐標系或環(huán)形坐標系。一指針的方式如下：命令：ESYSGUI:MainMenu>Preprocessor>-Attributes-Define>DefaultAttribsMainMenu>Preprocessor>Create>Elements>ElemAttributesMainMenu>Preprocessor>Operate>Extrude/Sweep定義單元實常數和單位制單元實常數和單元類型密切相關，用Ｒ族命令（如R,RMODIF等）或其相應菜單路徑應等。當定義實常數時，要遵守如下二個規(guī)則：必須按次序輸入實常數，詳見《ANSYS單元手冊》中的列表。對于多單元類型模型，每種單元采用獨立的實常數組（即不同的REAL參考號）。但是，一個單元類型可注明幾個實常數組。命令：RGUI：MainMenu>Preprocessor>RealConstants系統(tǒng)缺省的單位制是MKS制（米－安培－秒），你可以改變成你所習慣的一種新的單位制，但載壓導體或電路耦合的導體必須使用MKS單位制。一旦選用了一種單位制，以后所有的輸入均要按照這種單位制。命令：EMUNITGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>ElectromagUnits根據所選定的單位制μ

＝-H/（在MKS制中或

＝EMUNIT00命令（或其等效的圖形用戶界面路徑）定義的值。00定義材料特性你的模型中可以有下列一種或多種材料區(qū)域：空氣（自由空間），導磁材料，導電區(qū)和永磁區(qū)。每種材料區(qū)都要輸入相應的材料特性。材料Copper（銅）M3steel（鋼）材料Copper（銅）M3steel（鋼）鋼）SA1010steel（鋼）Carpentersteel（硅鋼）材料性質文件emagCopper.SI_MPLemagM3.SI_MPLemagM54.SI_MPLemagSa1010.SI_MPLemagSilicon.SI_MPLIronCobaltVanadiumsteel（鐵－鈷－釩－鋼）emagVanad.SI_MPL該表中銅的材料性質定義有與溫度有關的電阻率和相對導磁率定義為B－H曲線。對于列表中的材料，在ANSYS材料庫內定義的都是典型性質，而且已外推到整個高飽和區(qū)。你所需的實際材料值可能與ANSYS材料庫提供值有所不同，因此，必要時可修正所用ANSYS材料庫文件以滿足用戶所需。分頁訪問材料庫文件：下面介紹讀寫材料庫文件的基本過程。詳細參見《ANSYS入門指南》和《ANSYS基本過程手冊》。讀材料庫文件，進行以下操作：如果你還沒有定義好單位制，用/UNITS命令定義。注意：缺省單位制為MKS,GUI列表只列出當前被激活單位制的材料庫文件。定義材料庫文件所在的路徑。（你需要知道系統(tǒng)管理員放置材料庫文件的路徑）命令：/MPLIB,read,pathdataGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialLibrary>LibraryPath將材料庫文件讀入到數據庫中。命令：MPREAD,filename,,,LIBGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialLibrary>ImportLibraryMainMenu>Preprocessor>Loads>-LoadStepOpts-Other>ChangeMatProps>MaterialLibrary>ImportLibrary寫材料庫文件，進行以下操作：用MP命令或菜單MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>Isotropic編輯材料性質定義，然后將改后的材料特性寫回到材料庫文件當中去。在前處理器中執(zhí)行下列命令：命令：MPWRITE,filename,,,LIB,MATGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialLibrary>ExportLibrary定義材料屬性和實常數的一般原則“2-D諧波（AC）分析”中也詳細描述了模型中需要設定的一些特殊區(qū)域?？諝猓?.0。命令：MP,murxGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>Material Models>Electromagnetics>RelativePermeability>Constant導磁材料區(qū)：說明B-H曲線，可以從庫中讀出，也可以自己輸入。命令：MPREAD,filename,…GUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialLibrary>ImportLibrary命令：TB,TBPTGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>BHCurve*B-H曲線必須要遵守的規(guī)則：1.B與HB隨H1B-H曲線缺省通過原點，即（0，0）點不輸入。用下面的命令驗證B-H曲線：命令：TBPLOTGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>BHCurveANSYS程序根據B-H曲線自動計算n-B2曲線（n為磁阻率），它應該是光滑且連續(xù)的，可用TBPLOT1所示。B-H曲線應覆蓋材料的全部工作范圍，確保足夠多的數據點以完整描述曲線．如果需要超出B-H曲線的點，程序按斜率不變自動進行外延處理，你可以如下改變X-軸的范圍并用TBPLOT命令畫圖來觀察其外推情況。命令：/XRANGEGUI:UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Graphs其他原則：rm（可以是各向同性或各向異性。r命令：MP,murxGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>RelativePermeability>Constant如果對同一種材料既定義了非線性的B-H曲線，又定義了相對磁導率，ANSYS將只使用其相對磁導率。各向異性材料的相對磁導率可用MP命令的MURX、MURY、MURZ域來分別進行定義，聯(lián)合使用B-H曲線和相對磁導率可定義正交各向異性材料的其中一個方向的非線性行為（如疊片鐵磁材料）。要在材料的某個方向上定義B-H曲線，只需將該方向上的相對磁導率定義為零即可。例如，假設對材料2定義了B-H曲線，而只希望該B-H曲線作用在材料的Y軸上，而材料的X軸和Z1000，則可按如下步驟完成mp,murx,2,1000mp,mury,2,0!readB-Hcurveformaterial2mp,murz,2,1000分頁源導體區(qū)：源導體即連有外部電流“發(fā)生器”（提供穩(wěn)恒電流）的導體，當你要計算焦耳熱損耗時需說明它的電阻率，電阻率可以是各向同性或正交各向異性。命令：MP,rsvxGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>Resistivity>Isotropic在靜態(tài)分析中，阻抗僅僅用于損耗計算。運動導體區(qū)域：對一個運動導體進行分析（速度效應），要規(guī)定各向同性電阻率（以上所示方法）。動體，亦即運動“材料”2所示的兩種情況：·第一種情況，一個實體轉子繞軸以一個不變速率旋轉?！さ诙N情況，一個“無限”長導體以不變的速度平移?！安邸本捅硎玖诵D體在材料上不連續(xù)。另外，有限寬的平移導體在磁場中移動也不能考慮速等。靜態(tài)分析要求輸入運動導體的平移速度或旋轉速率實常數來定義。速度效應通過單元關鍵選項來激活，而且只有PLANE53單元有此功能。運動體分析的實常數有：·VELOX，VELOY—在總體直角座標系的XY方向上的速度分量?！MEGAZ—關于總體直角座標系Z軸的角(旋轉)速度(以周/秒(HZ)表示)。·XLOC，YLOC—轉動中心點在總體直角座標系上的X、Y坐標值。運動體電磁分析問題的分析結果精度與網格的精細程度、磁導率、電導率和速度相關，可用磁雷諾數（ReynoldsNumber）來表示：M＝μvd/ρre式中μ為磁導率、ρ為電阻率、v為速度、d為導體有限元單元的特征長度（沿運動方向），磁雷諾數只在靜態(tài)或瞬態(tài)分析中有意義。運動方程只是在磁雷諾數相對小時才有效和精確，典型量級為1.0，高雷諾數時精度隨度引起的電流，即速度電流密度（JVZ）。永磁區(qū)：需要說明永磁體的退磁B-H曲線（如果是線性，可用相對導磁率）和磁矯頑力矢量(MGXX,MGYYMGZZ)。命令：MPGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>BHCurve退磁B-H曲線通常在第二象限，但需按第一象限輸入，在輸入的H值中要增加一個＂偏移量＂Hc（定義如下），3顯示了實際退磁曲線和ANSYS退磁曲線的差別。Hc為矯頑力矢量的幅值，矯頑力矢量常和單元坐標系一起定義永磁體的極化軸方向。分頁下面例題所示為一個條形磁體在總體坐標X－Y平面內處于與X軸呈300夾角的軸線上,磁體單元被假定賦予一個局部單元座標系，該局部坐標系的X軸與極化方向一致。本例還展示了磁體退磁特性和相應的材料性質輸入。/PREP7HC=3000!矯頑力BR=4000!剩磁感應強度THETA=30!永磁體極性方向*AFUN,DEG!角度以度表示MP,MGXX,2,HC!矯頑力X分量!B-H曲線:TB,BH,2!2的B－H曲線TBPT,DEFI,-3000+HC,0!偏移后的B－H曲線TBPT,,-2800+HC,500!第一點“DEFI”省TBPT,,-2550+HC,1000TBPT,,-2250+HC,1500TBPT,,-2000+HC,1800TBPT,,-1800+HC,2000TBPT,,-1350+HC,2500TBPT,,-900+HC,3000TBPT,,-425+HC,3500TBPT,,0+HC,4000TBPLOT,BH,2!繪制B－H曲線4展示了在第一象限內創(chuàng)建的永磁體B－HANSYS*AFUN、MP、TB、TBPLOT等命令有更詳細的描述。聯(lián)合使用一條B－H曲線和正交相對磁導率，可以描述非線性正交材料（疊片結構）。在每一個相對磁導率為零的單元坐標系方向上，ANSYS將使用該B-H曲線。分頁載壓絞線圈：對載壓絞線圈，要定義電阻率。按如下方式定義：命令：MP,rsvxGUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels>Electromagnetics>Resistivity>Isotropic絞線圈是按＂Ｎ＂形纏繞的單股連續(xù)型線圈，如下圖圖5所示。對這樣的線圈要定義各向同性（且只能是各向同性）電阻值。載壓絞線圈只能用PLANE53單元來建模，還需要定義下列實常數:CARE 線圈橫截面積。無論對稱性如何，此常數代表絞線型線圈的實際物理面積。TURN 線圈總匝數。無論對稱性如何，此常數代表絞線型線圈的實際總匝數。LENG Z-方向上線圈長度。在2-D平面分析中，此常數代表線圈的實際長度。DIRZ 電流方向，詳見單元手冊對PLANE53的描述。FILL 電阻值（還可以用它來“調正”線圈電阻值）。建模，分網，指定特性建模過程可參照《ANSYS建模和分網指南》，然后在模型各個區(qū)域內指定特性（單元類型、選項、單元坐標系、實常數和材料性質等，參見“（－）建立物理環(huán)境”部分。通過GUI為模型中的各區(qū)賦予特性：MainMenu>Preprocessor>-Attributes->Define>PickedAreas點擊模型中要選定的區(qū)域。在對話框中為所選定的區(qū)域說明材料號、實常數號、單元類型號和單元坐標系號。重復這些步驟，直至處理完所有區(qū)域。通過命令為模型中的各區(qū)賦予特性：ASEL（選擇模型區(qū)域）MAT（說明材料號）REAL（說明實常數組號）TYPE（指定單元類型號）ESYS（說明單元坐標系號）指定完畢各區(qū)域特性后ANSYS施加邊界條件和載荷既可以給實體模型（關鍵點、線、面）也可以給有限元模型（節(jié)點和單元）施加邊界條件和載荷，在求解時，ANSYS程序自動將加到實體模型上載荷轉遞到有限元模型上。通過一系列級聯(lián)菜單，可以實現(xiàn)所有的加載操作。當選擇MainMenu>Solution>－Load－>Apply>－MagnetiANSYS然后選擇合理的類型和合理的邊界條件或載荷。對于一個2－D靜態(tài)分析，能選擇的邊界條件和載荷如下：-Boundary--VectorPoten-OnKeypointsOnNodesOnLinesOnNodes-FluxNormal-OnLinesOnNodes

-Excitation--CurrDensity-OnKeypointsOnNodesOnElementsVoltageDrop

-Flag-Comp.ForceOnLinesOnAreasOnNodes

-Other-OnKeypointsOnNodes-MaxwellSurf-OnLinesOnAreasOnNodes-VirtualDisp-OnKeypointsOnNodes例如，施加電流密度到單元上，GUI路徑如下：GUI：MainMenu>Preprocessor>-Loads->Apply>-Magnetic->-Excitation->-CurrDensity->OnElements在菜單上你可以見到列出的其他載荷類型或載荷，假如它們呈灰色，就意味著在2-D靜態(tài)分析中不能加該載荷，或該單元類型的KEYOPT選項設置不合適。另外，也可以通過ANSYS命令來輸入載荷。要列出已存在的載荷，方式如下:GUI:UtilityMenu>List>Loads>loadtype下面將詳細描述可以施加的各種載荷：分頁邊界條件磁矢量位(AZ)邊界條件磁力AZ值邊界條件磁力AZ值線不需要（自然邊界條件，自然滿足）垂直磁力說明AZ=0，用D命令或GUI路徑Main線Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-Vector平PotenFluxPar-nLinesorOnNodes行遠用遠場單元INFIN9（只用于平面分析）和INFIN110場PERBC2D宏在節(jié)點上創(chuàng)建奇對稱或偶對稱周期性邊界條件，或用GUIMain性性Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-VectorPoten-PeriodicBCs。外部AZ等于一非零值。用GUI路徑Main強Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-Vector加PotenFluxPar-nLines/OnNodes磁場磁力線平行邊界條件強制磁力線平行于表面。磁力線垂直邊界條件強制磁力線垂直于表面，是自然邊界條件，自然得到滿足。使用遠場單元INFIN9和INFIN110來表示模型的無限邊界時，無需說明遠場為零邊界條件。如果模型具有周期性，或者通量的特性具有重復性，可用PERBC2D宏命令來定義周期性邊界條件。對于外部強加磁場，直接在合適的區(qū)域施加非0的AZ值就行了。加勵磁載荷源電流密度(JS)此載荷給源導體加電流，在國際單位制中JS22-D分析中，只有JS的Z分量是有效的，在平面分析中正值表示電流向+Z方向，在軸對稱分析中正值表示電流向-Z方向。命令：BFEGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation-CurrDensity-OnElements詳細情況參見《ANSYS命令手冊》。BFABFTRAN或SBCTRAN命令，把施加到實體模型上的源電流密度轉換到有限元單元模型上。電壓降(VLTG)MKSAZCURR自由度的PLANE53（參見PLANE53單元的KEYOPT(1)選項（VLTG）載荷。電壓降可使用BFEBFABFTRAN或SBCTRAN命令，把施加到實體模型上的電壓降（VLTG）載荷轉換到有限元單元模型上。因為CURR表示線圈每匝的電流，而線圈中的電流值是唯一的，所以加載前必須將線圈所有節(jié)點的CURR自由度耦合起來（否則將導致求解錯誤）。用下列方式進行：命令：CPGUI:MainMenu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>CoupleDOFs施加標志力標志FMAGBC宏對需要進行力和力矩計算的部件施加標志，該宏自動施加虛位移和Maxwell面標志（后面介紹）。建模時，在需要進行力和力矩計算的部件周圍，至少要包圍一層空氣單元。對需要進行力和位移計算的部件的單元命名為一個元件(Component)，再按下列方式使用FMAGBC宏：命令：FMAGBC,CnamGUI：MainMenu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Flag>Comp.Force/TorqFMAGBCTORQSUM宏命令，就可以列出力和力矩的結果。無限表面標志(INF)（代表物理模型最邊緣的單元）的標志。其他加載電流段(CSGX)2pr*電流。在MKS單位制中電流段的單位是安培－米。電流方向沿Z方向，與自由度AZ流。關于在節(jié)點上分布式加載的詳細討論參見《ANSYS建模與分網指南》。Maxwell面(MXWF)Maxwell面不是真正意義上的載荷，它只是表明在這個表面要進行磁場力分布的計算。flag選項中選擇MXWF就行了。MaxwellANSYSMaxwell應力張量方法計算鐵區(qū)－空氣分界面上的力，并將結果存儲到這些空氣單元中。在POST1后處理析中?？梢酝瑫r定義多個元件，但這些元件不能共用空氣單元。(比如在兩個部件間只建了一層單元，就會發(fā)生共用。)磁虛位移(MVDI)磁虛位移標志也不是真正意義上的載荷，它只表示給模型中要計算力的部件施加標志。Maxwell面的作用相同，只不過用的是虛功方法。在感興趣區(qū)的所有節(jié)點上說明MVDI=1.0，在鄰近的空氣區(qū)節(jié)點上說明MVDI=0.0(缺省設置)。也可以說明MVDI>1.0，但是通常不用。計算得到的力結果就貯存在鄰近的空氣單元中。POST1中，可以將每個空氣單元中的力進行求和以得到合力。分頁求解2-D靜態(tài)磁場分析求解的基本過程。定義分析類型在定義分析類型和分析將用的方程求解器前，要先進入SOULUTION求解器。命令：/SOLUGUI:MainMenu>Solution說明分析類型，用下列方式：·GUI：選擇MainMenu>Solution>NewAnalysis并選擇static?！と绻切碌姆治?，使用命令ANTYPE，STATIC,NEW.如果是需要重啟動一個分（重啟動一個未收斂的求解過程ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的結果文件Jobname.EMAT,Jobname.ESAV,Jobname.DB2-D靜態(tài)磁場分析。定義分析選項你可選擇下列任何一種求解器：·Sparsesolver·Frontalsolver缺省值)·JacobiConjugateGradient(JCG)solver·JCGout-of-memorysolver·IncompleteCholeskyConjugateGradient(ICCG)solver·PreconditionedConjugateGradientsolver(PCG)·PCGout-of-memorysolver用下列方式選擇求解器：命令：EQSLVGUI:MainMenu>Solution>AnalysisOptions2－D模型，推薦用Sparsesolver和Frontalsolver求解器。對于非常大的模型，JCGPCG求解器可能會更有效。載壓模型或包括了速度效應的模型會產生不對稱矩陣，只能用Sparse、FrontalICCG求解器求解。載流模型只能用Sparse或Frontal求解器。要計算微分自感矩陣和連接所有線圈的總通量(LMATRIX)frontal求解器。備份數據庫用工具條中的SAVE_DB按鈕來備份數據庫，如果計算機出錯，可以方便地恢復需要的模型數據?；謴湍Ｐ蜁r，重新進入ANSYS，用下面的命令：命令：RESUMEGUI:UtilityMenu>File>ResumeJobname.db開始求解對于非線性分析，采用二步順序求解：35子載荷步內讓載荷斜坡變化，每一子步只有一個平衡迭代。510次平衡迭代。用下面方式定義：命令：MAGSOLV(OPT域設為0)GUI:MainMenu>Solution>Electromagnet>Opt&Solv17章“其他分析選項和求解方法”。收斂圖形跟蹤進行非線性電磁分析時，ANSYS在每次平衡迭代都計算收斂范數，并與相應的收斂標準比較。求解時，在批處理和交互式方式中，圖形求解跟蹤（GST）特性都要顯示計算的收斂范數和收斂標準。在交互式時，缺省為圖形求解跟蹤（GST）打開，批處理運行時，GST關閉。用下列方法之一，GST可打開或關閉：命令：/GSTGUI：MainMenu>Solution >OutputCtrls>GrphSoluTrack7是一個典型的GST圖形。完成求解命令：FINISHGUI:MainMenu>Finish計算電感矩陣和總的磁鏈LMATRIX宏可計算系統(tǒng)的差分電感矩陣和每個線圈中的總磁鏈。方式如下：命令：LMATRIXGUI：MainMenu>Solution>Electromagnet>-StaticAnalysis->InductMatrix計算多線圈系統(tǒng)的微分電感矩陣和每個線圈中的總磁鏈需要多個處理步驟圈單元指定部件名，定義名義電流，然后用Frontal求解器對一工作點進行名義求解，詳見11章“磁宏”和《ANSYS理論手冊》。分頁觀察結果ANSYS和ANSYS/Emag程序將計算結果貯存到結果文件Jobname.RMG中去，其中包括：主數據：節(jié)點自由度(AZ,CURR)導出數據：節(jié)點磁通密度(BX,BY,BSUM)節(jié)點磁場強度(HX,HY,HSUM)節(jié)點磁力(FMAG,分量X,Y,SUM)單元源電流密度(JSZ)單元速度電流密度(JVZ)單位體積內的焦耳熱(JHEAT),等等單元手冊中》?？稍谕ㄓ煤筇幚砥髦杏^看處理結果。命令：/POST1GUI:MainMenu>GeneralPostproc下面“從結果文件中讀入數據”處理操作的描述，請參見《ANSYS基本過程指南》。從結果文件中讀入數據若希望在POST1后處理器中查看結果，進行求解后的模型數據庫必須存在。同時，結果文件Jobname.RMG也應該存在。方式如下：命令：SETGUI:UtilityMenu>List>Results>LoadStepSummary如果模型不在數據庫中，需用RESUME命令后再用SET命令或其等效路徑讀入需要的數據集。命令：RESUMEGUI:UtilityMenu>File>ResumeJobname.dbLIST間點的結果數據集。如果輸入時刻的數據集不存在，ANSYS利用相鄰結果數據集進行線性內插得到該時刻的數據。磁力線磁力線表示AZ（“AZ×半徑”為連續(xù)常數的線。命令：PLF2DGUI:UtilityMenu>Plot>Results>FluxLines等值線（（JTZ）。命令：PLNSOLPLESOLGUI:UtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>ElemSolutionUtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>NodalSolution注意：（如磁通密度和磁場強度的節(jié)點等值線顯示的是在節(jié)點上作平均后的數據。在PowerGraphics模式（缺省值）下，可以觀察不連續(xù)材料任何位置的節(jié)點平均值。通過下列方式打開PowerGraphics模式：命令：/GRAPHICS,POWERGUI：UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Hidden-LineOptions.矢量顯示矢量顯示(不要與矢量模式混淆)可以方便地觀看一些矢量（如B,HFMAG）的大小和方向。命令：PLVECTGUI:UtilityMenu>Plot>Results>VectorPlot對于矢量列表顯示，使用下列方式：命令：PRVECTGUI:UtilityMenu>List>Results>VectorPlot表格顯示在列表顯示之前，可先對結果進行按節(jié)點或按單元排序：命令：ESORTNSORTGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>SortNodesMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>SortElems然后再進行列表顯示：命令：PRESOLPRNSOLPRRSOLGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ElementSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu分頁磁力ANSYS可計算三種磁力：· 洛倫茲力(J′B力)PRNSOL,fmag命令對這些單元力進行列表。也可進行求和，首先，將這些單元力移入到單元表中：命令：ETABLE,tablename,fmag,x(y)GUI:MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable然后，對單元表進行求和：命令：SSUMGUI: MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>SumofEachItem對于需要進行專門計算的組件，在該部件上標記了Maxwell面和虛功力標志后，可用FMAGBC宏很方便地求和：命令：FMAGSUMGUI: MainMenu>GeneralPostproc>Elec&MagCalc>-2Dand3D-Comp.Force· Maxwell力MXWF標志的面，可計算Maxwell力。對Maxwell力進行列表（首先選擇所有單元，然后在執(zhí)行如下命令或GUI）：命令：PRNSOL,fmagGUI:Mainmenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution再如洛倫茲力中所述，將這些力求和可得到表面上合力。虛功力定義感興趣組件附近的空氣單元為MVDI，可以計算虛功力。要獲取這些力，請選擇這些空氣單元，然后利用單元的NMISC記錄，用ETABLE命令按順序號（snum）存儲這些力。命令：ETABLE,tablename,nmisc,snumGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable一旦將數據移入到數據表中后PRETABSSUM命令求和。PLESOLPRESOL命令根據NMISC號訪問結果文件。命令：PRETABGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>ListElemTable再如洛倫茲力中所述，將這些力求和可得到表面上合力。力矩ANSYS可計算三種磁力矩：洛倫茲力矩(J′B力矩)程序自動對所有的載流單元進行力矩計算，選擇這些載流單元后用ETABLE命令（或者其等效GUI路徑）加上單元力矩值的序列號（NMISC記錄），將這些單元力矩移入到單元表中（參見《ANSYS4.13-34.53-3）：命令：ETABLE,tablename,NMISC,snumGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable當力矩移動到單元表后，可以用下列方式列出力矩值：命令：PRETABGUI：MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>ListElemTable也可以用PLESOL和PRESOL命令加上NMISC號列出結果。對單元表進行求和，得到總力矩：命令：SSUMGUI: MainMenu>GeneralPostproc>ElementTable>SumofEachItemMaxwell力矩ANSYS自動對定義了“Maxwell表面”標志“MXWF”MaxwellFMAGBC過下面的命令或菜單方便地獲取力矩值：命令：TORQSUMGUI：MainMenu>GeneralPostproc>Elec&MagCalc>-2D-Comp.Torque虛功力矩對于那些在感興趣部件相鄰區(qū)域設定了MVDI標記的一層空氣單元，ANSYS自動計算其虛功力矩，其求解力矩的過程與求解洛倫茲力矩的過程一樣。如果通過FMAGBC將力設定為邊界條件，則可通過下面的命令或菜單方便地獲取力矩值：命令：TORQSUMGUI：MainMenu>GeneralPostproc>Elec&MagCalc>-2D-Comp.Torque線圈電阻及電感程序可以計算載壓或載流絞線圈的電阻及電感。每個單元中都有線圈的電阻及電感值，ETABLE,tablename,NMISC,n（n8表示電阻，n9表示電感。SSUM命令或其等效路徑進行求和。對于載壓線圈（PLANE53的KEYOPT(1)=2）或電路耦合線圈（PLANE53的KEYOPT(1)=3）所計算的電感值僅在下列情況有效：·線性問題（導磁系數為常數）；·模型沒有永磁體；·模型只有一個線圈。由多線圈組成的系統(tǒng)采用LMATRIX宏來計算電感矩陣和每個線圈的總磁鏈LMATRIX11章。計算其它感興趣的項目在后處理中，可以根據可用的結果數據，計算很多感興趣的量（如總力、力矩、源輸入能量、電感、磁鏈、終端電壓等），ANSYS命令集支持下列宏用于各種計算：·CURR2D2-D導體中的電流·EMAGERR宏：計算靜電場或靜磁場分析中的相對誤差·FLUXV宏：計算通過閉合回路的磁通量·FMAGSUM宏：計算作用到單元組元上的合力·FOR2D宏：計算作用到導體上的磁力·MMF宏：計算沿某指定路徑的電動勢降·PLF2D宏：生成等位線·SENERGY宏：計算模型中的磁場貯能和共能·TORQ2D宏：計算磁場作用到導體上的扭矩·TORQC2D宏：在一個圓形路徑上計算磁場作用到導體上的扭矩·TORQSUM宏：在單元部件上對二維平面問題的Maxwell和虛功力矩進行求和計算11章對“磁宏”的描述。分頁算例 2-D螺線管致動器內靜態(tài)磁場的分析（GUI方式）問題描述把螺線管致動器作為2-D（螺線管致動器的運動部分）的受力情況和線圈電感。螺線管致動器如圖8所示。參數說明：參數參數n=650I=1.0ta=.75tb=.75tc=.50td=.75wc=1hc=2gap=.25space=.25ws=wc+2*spacehs=hc+.75w=ta+ws+tchb=tb+hsh=hb+gap+tdacoil=wc*hcjdens=n*i/acoil說明線圈匝數，在后處理中用每圈電流磁路內支路厚度磁路下支路厚度磁路外支路厚度銜鐵厚度線圈寬度線圈高度間隙線圈周圍空間模型總寬度模型總高度線圈面積線圈電流密度處理方法和假設解。為簡化分析，模型周圍鐵區(qū)的磁漏假設為很小，在法向條件下，可以在模型周圍直接用空氣來模擬漏磁影響。“fluxparall緣邊界條件。對于穩(wěn)態(tài)（DC）電流，可以以輸入線圈面上的電流密度的形式輸入電流。ANSYS的APDL可以通過線圈匝數、每圈電流、線圈面積計算電流密度。銜鐵被專門標記出來，以便于進行磁力計算。后處理中，用Maxwell應力張量方法和虛功方法分別處理電樞的受力，還得到了磁場強度及線圈電感等數據。注意：2-D分析中的一個，不是所有分析都按相同的步驟和順序進行。要根據材料特性或被分析的材料與周圍條件的關系來決定要進行的分析步驟。GUI實現(xiàn)關于GUI方式的詳細過程，參見ANSYS程序中自帶的《ANSYSTutorials》。命令流實現(xiàn)!/batch,list/PREP7/TITLE,2DSolenoidActuatorStaticAnalysisET,1,PLANE53!DefinePLANE53aselementtypeKEYOPT,1,3,1!UseaxisymmetricanalysisoptionMP,MURX,1,1!Definematerialproperties(permeability)MP,MURX,2,1000!PermeabilityofbackironMP,MURX,3,1!PermeabilityofcoilMP,MURX,4,2000!Permeabilityofarmature/com,!Setparametervaluesforanalysisn=650!Numberofcoilturnsi=1.0!Currentperturndimensions(centimeters)tb=.75tc=.50td=.75wc=1hc=2gap=.25space=.25ws=wc+2*spacehs=hc+.75w=ta+ws+tchb=tb+hsh=hb+gap+tdacoil=wc*hc!Cross-sectionareaofcoil(cm**2)jdens=n*i/acoil!Currentdensity(A/cm**2)/PNUM,AREA,1RECTNG,0,w,0,tb!CreaterectangularareasRECTNG,0,w,tb,hbRECTNG,ta,ta+ws,0,hRECTNG,ta+space,ta+space+wc,tb+space,tb+space+hcAOVLAP,ALLRECTNG,0,w,0,hb+gapRECTNG,0,w,0,hAOVLAP,ALLNUMCMP,AREA!CompressoutunusedareanumbersAPLOTASEL,S,AREA,,2!AssignattributestocoilAATT,3,1,1,0ASEL,S,AREA,,1!AssignattributestoarmatureASEL,A,AREA,,12,13AATT,4,1,1ASEL,S,AREA,,3,5!AssignattributestobackironASEL,A,AREA,,7,8AATT,2,1,1,0/PNUM,MAT,1!TurnmaterialnumbersonALLSEL,ALLAPLOT!PlotareasSMRTSIZE,4!Set smartsizemeshinglevel4(fine)AMESH,ALL!MeshallareasESEL,S,MAT,,4!SelectarmatureelementsCM,ARM,ELEM!DefinearmatureasacomponentFMAGBC,"ARM"!ApplyforceboundaryconditionstoarmatureALLSEL,ALLARSCAL,ALL,,,.01,.01,1,,1!ScalemodeltoMKS(meters)FINISH/SOLUESEL,S,MAT,,3!SelectcoilelementsBFE,ALL,JS,1,,,jdens/.01**2!Applycurrentdensity(A/m**2)ESEL,ALLNSEL,EXT!SelectexteriornodesD,ALL,AZ,0!Setpotentialstozero(flux-parallel)ALLSEL,ALLFINISH/SOLUMAGSOLV!SolvemagneticfieldSAVEFINISH/POST1PLF2D!PlotfluxlinesinthemodelFMAGSUM!SummarizemagneticforcesPLVECT,B,,,,VECT,ELEM,ON!Plotfluxdensityasvectors/GRAPHICS,POWER!TurnPowerGraphicsonAVRES,2!Don"taverageresultsacrossmaterialsPLNSOL,B,SUM!PlotfluxdensitymagnitudeFINISH其它例題在《ANSYS2-D靜磁分析例題：VM165---載流鐵磁導體VM172---一個長而厚各向同性螺線管線圈應力分析VM188---載流導體的電磁力計算。第三章２-Ｄ諧波（ＡＣ）磁場分析什么是諧波磁場分析諧波效應來自于電磁設備和運動導體中的交流電(AC)和外加諧波電磁場，這些效應主要包括：渦流集膚效應渦流致使的能量損耗力和力矩阻抗和電感諧波分析的典型應用為：變壓器、感應電機、渦流制動系統(tǒng)和大多數AC設備。諧波分析中中不允許存在永磁體。忽略磁滯效應。線性與非線性諧波分析-件，應考慮進行非線性的時間-諧波分析或時間-瞬態(tài)求解（4章）。對于交流穩(wěn)態(tài)激勵的設備，在中等到高飽和狀態(tài)，分析人員最感興趣的要獲得總的電磁-諧波分析，這種分析能計算出具有很好精度的“時間平均”力矩和功率損失，又比進行瞬態(tài)-時間分析所需的計算量小得多。非線性時間-諧波分析的基本原則是由用戶假定或基于能量等值方法的有效B-H曲線來替代直流B-H曲線。利用這種有效B-H曲線，一個非線性瞬態(tài)問題能有效地簡化為一個非線性時間-諧波問題。在這種非線性分析中，除了要進行非線性求解計算外，其它都與線性諧波分析類似。B是非正弦波形。而在非線性諧波分析中，B被假定為是正弦變化的。因此，它不是真實波形，只是一個真實磁通密近于真實值。二維諧波磁場分析中要用到的單元在渦流區(qū)域，諧波模型只能用矢量位方程描述，固只能用下列單元類型來模擬渦流區(qū)。詳細情況參見《ANSYSANSYS理論參考手冊》也有進一步的講述。維單元 形狀或特性數四邊形，4

1.2-D實體單元

自由度PLANE132-D節(jié)點 每節(jié)點最多4個：磁矢勢(AZ)、位移、溫度、或三角形，3或時間積分電勢。節(jié)點8節(jié)點PLANE532-D或三角形，64個：磁矢勢（AZ）、時間積分電勢、電流、或電動勢降。節(jié)點2.遠場單元單元單元INFIN9維數 形狀或特性2-D 線型，2節(jié)點自由度磁矢勢(AZ)INFIN110INFIN1102-D 四邊形，48個節(jié)點磁矢勢(AZ)、電勢、溫度3.通用電路單元單元單元維數形狀或特性CIRCU124無6節(jié)點自由度每個節(jié)點最多三個：電勢、電流或電動勢降創(chuàng)建2-D諧波磁場的物理環(huán)境正如ANSYS其他分析類型一樣，對于諧波磁分析，要建立物理環(huán)境、建模、給模型區(qū)2-D諧波磁分析的大多數步2-D靜磁分析的步驟相似。本章只討論與諧波分析相關的特殊步驟。2-D2章“2-D靜態(tài)磁場分析”同樣的步驟來設置GUI選項、分析標題、單元類型和KEYOPT（關鍵選項）、單元坐標系、實常數和單位制。定義材料性質時，使用在第2章中描述的方法，即：使用ANSYS材料庫所定義的材料性質或ANSYS用戶自己定義的材料性質。下面介紹對模型設置物理區(qū)域的某些準則：利用自由度來控制導體上的終端條件ANSYS程序提供幾種選項來控制導體上的終端條件，在建模中，這些選項提供了足夠的方便性。例如：線繞和塊狀導體、短路和開路情況、線路供電裝置等，要模擬這些實體，執(zhí)行下列內容：·在導體區(qū)增加額外的自由度（DOF）·常數、以及單元坐標系，都是實體模型的屬性，用AATT和VATT命令或其等效的GUI路徑指定。AZ選項由于沒有標量電勢，即導體內電壓降為0，固可通過設定AZ自由度（DOF）來模擬短路條件的導體。AZ－VOLT選項AZ－VOLT選項通過在全域電場計算中引入電勢來模擬具有各種終端情況的塊狀導體：E＝?A/?t－?V注：在ANSYS中，Vυ＝∫Vdt（時間積分電勢）代替該選項通過允許控制其電場（VOLT），使用戶可更方便地模擬開路、電流供電塊導體和共端點多導體等情況。υ的單位為“伏－秒”，其在ANSYSVOLT。在軸對稱分析中，υ＝r×VOLT。在平面或軸對稱分析中，整個導體截面的υ是常數（即電壓降只發(fā)生在出平面方向上），為了保證這一點，必須耦合各個導體區(qū)的節(jié)點：命令：CPGUI：MainMenu >Preprocessor>Coupling/Ceqn/CoupleDOFs由于所有節(jié)點的電壓一樣，進行耦合操作可減少未知數。AZ－CURR選項AZ－CURR選項可模擬一個載壓絞線圈。CURR自由度代表線圈中每匝電流。在線圈上加電壓（加到所有線圈單元上）的方式是：GUI：MainMenu>Solution>－Loads－Apply>－Magnetic－Excitation>-Voltagedrop-OnElements也可用BFA命令在實體模型的面上加電壓降。用BFTRANSBCTRAN命令可以把施加在實體模型上電壓降轉換到有限元模型上。在絞線圈中不計算渦流，因為繞線導線間假定為絕緣的。線圈參數用實常數描述，ANSYS程序利用這些實常數來計算線圈的電阻和電感。載壓絞線圈只有用PLANE53和SOLID97單元模擬，且必須定義單元特定的實常數，以描述絞線圈導體。絞線圈區(qū)域內所有節(jié)點的CURR自由度必須要耦合，以確保采用一個公式來求解線圈中的電流。分頁模型物理區(qū)域的特征和設置ANSYS2－D磁分析中導體上的終端條件，如右圖圖2帶終端條件導體的物理區(qū)域所示。下面將對各種終端條件作簡要介紹。自由度AZ塊狀導體—短路條材料特性：mr(MURX),r(RSVX)件 注：渦流形成閉合回路，由于短路，導體中不存在電壓降塊狀導體—開路條件

自由度AZ,VOLT材料特性：mr(MURX),r(RSVX)特殊特性：耦合VOLT自由度的導體DOFs:AZ,VOLT材料特性：mr(MURX),r(RSVX)載流塊導特殊特性：耦合VOLT自由度，再給某個節(jié)點上加總電流體 (F,,amps命令)注：假定由電流源發(fā)出的凈電流為短路回流，該電流不受外界影響DOFs:AZ,CURR材料特性：mr(MURX),r(RSVX)CARE,TUEN,LENG,DIRZ,FILL圈 特殊特性：耦合CURR自由度，再用BFE或BFA命令加電壓降(VLTG)注：只能用PLANE53單元來建模，所加電壓不受外界影響自由度：AZ，VOLT材料性質：mr(MURX),r(RSVX)共地多導體

中注：用于模擬如端部效應能忽略的鼠籠轉子等設備DOFs:AZ材料特性：mr(MURX)JS(BFEBFL或BFA命流絞令)線圈注：假定線圈中的電流為一恒定的交流電流，其值不受外界影響。電流密度可根據線圈匝數，每匝中的電流值和線圈橫截面積來確定。自由度：AZ，CURR，EMF材料性質：mr(MURX),r(RSVX)電路供電實常數：CARE，TURN，LENG，DIRZ，F(xiàn)ILL絞線圈 特殊特性：區(qū)域內耦合CURR和EMF自由度（CIRCU124）ANSYS耦合揚分析指南的“電磁－電路耦合”。分頁自由度：AZ，CURR，EMF材料性質：mr(MURX),r(RSVX)CARE，LENG塊狀導體特殊特性：區(qū)域內耦合CURR和EMF自由度注：模擬由外電路（CIRCU124單元）供電塊狀導體。詳見ANSYS耦合揚分析指南的“電磁－電路耦合”。DOFs:AZ鐵芯疊片材料特性：mr(MURX)或B-H曲線模擬可以忽略渦流的導磁材料，只要求AZ自由度。DOFs:AZ空氣運動導體（速度效應）

材料特性：mr(MURX=1)2章中對速度效應的描述。速度效應在交流（AC）激勵下，可以求解運動導體在某些特殊情況下的電磁場。對于靜態(tài)、諧波和瞬態(tài)分析，速度效應都是有效的。第2章“2-D靜態(tài)磁場分析”討論了運動導體分析的應用例子和限制條件。對于諧波分析，速度效應只限于線性情況（不能有B-H曲線）。對單元的KEYOPT2-D2-D靜態(tài)磁場分析完全類似。在諧波分析中，速度設置為常數，不正弦變化（與線圈和場激勵不同）。Reynold其計算公式如下：Mre＝μvd/ρ式中μ為導磁率，ρ為電阻率，v為速度，d為導體單元特征長度（運動方向上）。磁雷諾數只在靜態(tài)或瞬態(tài)分析時有意義。對于在相對小雷諾值時，運動方程才有效和準確，一般量級為1.0。較高雷諾數值時，（運動電流可在后處理器中獲得）。建立模型，劃分網格，賦予特性關于建模、給模型區(qū)域賦屬性和劃分網格的詳細內容，可參見第二章。3.5.1關于集膚深度現(xiàn)象。通常，在集膚深度內至少要劃分一層或兩層單元。趨膚深度可以按下式進行估算：這里，d是集膚深度（m），f是頻率（Hz），m是絕對導磁率（H/m），s是導電率（S/m）。加邊界條件和勵磁載荷在諧波磁分析中，可將邊界條件和載荷施加到實體模型上（關鍵點、線和面），也可以施加到有限元模型上（節(jié)點和單元）。給2－D諧波分析加邊界條件和載荷，使用與第2章“2-D靜態(tài)磁場分析”中所述的完全相同的GUI路徑和宏命令。對于一個諧波磁分析，可以定義三種類型的載荷步選擇：動態(tài)選項、通用選項和輸出控16章對這些載荷步選擇有詳細描述。PERBC2D宏命令PERBC2D2-D分析自動定義周期性邊界條件。PERBC2D對兩個周期對稱面施加必要的約束方程或定義節(jié)點耦合。使用該宏命令的方式如下：GUI：MainMenu> Preprocessor>Loads>-loads-Apply>-Magnetic-Boundary>-VectorPoten-PeriodicBCs11章“磁宏”中對該宏的使用有詳細描述。幅值、相位角和工作頻率（正弦）變化的，這樣的載荷需要說明幅值（0到峰值）、相位角和工作頻率。幅值所加載荷的最大值（0到峰值）；相位角相位角是載荷相對于參考值在時間上的落后（或超前）量。在復平面（見圖3“實部/虛部分量和幅值/相位角關系圖才需用到相位角。（如三相電機分析）BFBFEBFK（或它們的等效菜單路徑）中的相位（PHASE）區(qū)域，輸入度數來表示各自的相位角。對于不同相的矢量位或電流段，在相應的加載命令（或等效菜單路徑）的VALUE1和VALUE2區(qū)域中，分別輸入復數載荷的實部和虛部分量。圖3“實部/虛部分量和幅值/相位角關系圖”顯示了如何計算實部和虛部分量。工作頻率就是交流電的頻率（單位Hz），可按如下定義：命令：HARFRQGUI:Mainmenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>FreqandSupsteps給絞線型導體加源電流密度命令：BFE,,JSGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation>CurrDensity也可用BFA命令對實體模型上的面加源電流密度。分頁給塊狀導體加電流電流(AMPS)是節(jié)點電流載荷，僅用于施加給帶有強加電流的塊導體區(qū)域。在2-D分析中，這種載荷要求PLANE13單元和PLANE53單元的自由度設置為AZ和VOLT。電流表示通過導體的總的電流值，僅僅用于2-D平面或軸對稱模型分析。要想給具有集膚效應的橫截面上加均勻電流，必須對橫截面上的VOLT自由度進行耦合：命令：CPGUI:MainMenu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>CoupleDOFs在2-D平面或軸對稱模型中，選擇集膚效應區(qū)域內的所有節(jié)點，并耦合其VOLT自由度后，再給橫截面上某一個節(jié)點加電流：GUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-ImpressedCurr-OnNodes2-D模型施加強加電流的另一種方法是加均勻電流密度(JS體載荷)，這由通過集膚效應區(qū)的總的強加電流除以橫截面積得到：命令：BF,BFEGUI:MainMenu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation>-CurrDensity-OnElements也可用BFLBFA命令分別對實體模型上的線和面加源電流密度。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在實體模型上源電流密度轉換到有限元模型上。給絞線圈加電壓載荷這種載荷定義絞線圈上的總電壓降（幅值和相位角），使用MKS單位制，只能使用帶有AZ,CURR自