《电动力学》课程PPT教学课件（电磁场有限元分析）第五章 耦合场分析概况

ANSYS第五章耦合场模拟综述

第五章 耦合场模拟综述

ΛNSYS耦合场模拟包括如下场的组合一结构-磁电压供电致动器的衔铁运动汇流排在Lorentz力作用下的变形永磁体运动引起的线圈内感生电流热-磁·汇流排感应加热（通常以数千赫兹的频率）金属感应加热熔化过程（通常小于100赫兹）E汇流排升温电压供电绕组的线圈升温5-2

5-2 • 耦合场模拟包括如下场的组合 – 结构-磁 • 电压供电致动器的衔铁运动 • 汇流排在Lorentz力作用下的变形 • 永磁体运动引起的线圈内感生电流 – 热-磁 • 汇流排感应加热（通常以数千赫兹的频率） • 金属感应加热熔化过程（通常小于100赫兹） • 汇流排升温 • 电压供电绕组的线圈升温

ANSYS可用两种基本方法模拟这种耦合现象一序列法（间接法）：磁场分析结果用作热或结构分析的边界条件ResultsAnalysis1File1LDREADResultsFileAnalysis22在序列分析过程中，利用“物理环境”功能，进行自动循环，改变初始求解场的属性和几何体Solu>physic environ5-3

5-3 • 可用两种基本方法模拟这种耦合现象 – 序列法（间接法）: 磁场分析结果用作热或结构分析的边界条件 • 在序列分析过程中，利用“物理环境”功能，进行自动循环，改 变初始求解场的属性和几何体 Solu>physic environ

ANSYS直接法：在某些单元类型内（如plane13）直接包含了多场自由度（热-磁、结构-磁等）单元每个节点不仅包含了磁自由度，而且包含位移和温度自由度，可在单元类型选项中选择自由度Elemert CoordinateSystem (shown forKEYOPT(4)=1)单元类型自由度的选择5-4

5-4 – 直接法: 在某些单元类型内（如plane13）直接包含了多场自由度（热-磁 、结构-磁等） 单元每个节点不仅包含了 磁自由度，而且包含位移 和温度自由度，可在单元 类型选项中选择自由度 单元类型自由度的选择

ANSYS三维汇流排变形在三维模拟实例中采用三维两个汇流排“角形”组件汇流排，确定排的变形汇流排模型，由于电流同方向，位移为Z方向，朝着对称平面电流方向5-5

5-5 三维汇流排变形 • 在三维模拟实例中采用三维 汇流排，确定排的变形 • 汇流排模型，由于电流同方 向，位移为Z方向，朝着对称 平面 电流方向 两个汇流排“角形”组件

ANSYS需要先前的磁场分析结果如果没有汇流排的磁场分析结果，必须重新分析得到输入命令angle3d,1,1，这将进行求解汇流排单元Lorentz力的磁场分析AVG ELEMENT SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1FMAGZ(AVG)SMN=-232.609SMX=.712662-232.609-206.843-181.077-155.311-129.544-103.778-78.012-52.245-26.479.7126625-6

5-6 • 需要先前的磁场分析结果 • 如果没有汇流排的磁场分析结果，必须重新分析得到 • 输入命令angle3d,1,1，这将进行求解汇流排单元Lorentz 力的磁场分 析

ANSYS利用磁场分析中生成的力进行结构分析，则单元类型必须转换到结构单元类型：Solid45Preproc>elementtype>add/edit/deleteDefinedElementTypes:PLANE13Type123456S0LID97TypeTypeINFIN47S0LID96TypeINTER115Type选择6，这是汇流排SOLID97Type的单元类型·选择ADD5-7

5-7 • 利用磁场分析中生成的力进行结构分析，则单元类型必须转换 到结构单元类型: solid45 Preproc>element type>add/edit/delete 选择6，这是汇流排 的单元类型 • 选择 ADD

ANSYS把单元类型6定义为三维结构单元MassQuad 4node42structural182Link4node82Bean8nodePipe2Triangle6node25SolidAxi-har4node83shell8node45HyperelasticBrick 8nodeuisco Soiid45Brick 8nodeContact输入6与汇流排相对应·选择OK定义了结构单元类型后，结构自由度被激活。静力学分析所要求的材料性质为弹性模量EX（N/m）。5-8

5-8 • 把单元类型6定义为三维结构单元 输入6与汇流 排相对应 • 选择 OK • 定义了结构单元类型后，结构自由度被激活。静力学分析所要求的材料性质 为弹性模量EX (N/m2 )

ANSYS定义汇流排弹性模量Preproc>materialprops>isotropicIsotropic Material Properties材料号2相应Specify materialnunber于汇流排·选择OKIsotropic Material PropertiesProperties for Material Number2EXYoung'modulusS6.9e10·选择OK5-9

5-9 • 定义汇流排弹性模量 Preproc>material props>isotropic • 选择 OK 材料号2相应 于汇流排 • 选择 OK

ANSYS现在可以将力能施加在汇流排上Preproc>loads>apply>-structural-force/moment>from maganaly[LDREADl,FORC Apply Forces from a Magnetics AnalysisIdentify the data set to be read fron the results fileLSTEP,SBSTEP,TIME,KIMG因为只有一种结果，Loadstep and suhstep no.此处为“空”就可以读入正确结果orTine-pointReal or imaginary partReal partFnameNane of results fileFile Nanefile-rngfile.rmgfile.rst·选择OK对于没有电路单元的磁场分析，缺省的结果文件为file.rmg5-10

5-10 • 现在可以将力能施加在汇流排上 Preproc>loads>apply>-structural-force/moment>from mag analy 因为只有一种结果， 此处为“空”就可以 读入正确结果 对于没有电路单元的磁场分析， 缺省的结果文件为file.rmg • 选择 OK