《电动力学》课程PPT教学课件（电磁场有限元分析）第二章 二维静态分析 2-2 二维静磁学

ANSYS第二章第2节二维静磁学

第二章 第2节 二维静磁学

ANSYSEMAG模拟的概念模型边界条件有：磁通量垂直磁通量平行周期性对称·偶对称B-·奇对称根据单元方程式施加边界条件矢量(2D或3D)标量(3D)基于单元边（3D）铁芯空气线圈*在第2章来讨论（象征性的）简单励磁的平面模型2.2-2

2.2-2 EMAG 模拟的概念 • 模型边界条件有: – 磁通量垂直 – 磁通量平行 – 周期性对称 * • 偶对称 • 奇对称 • 根据单元方程式施加边界条件 – 矢量(2D 或3D) – 标量 (3D) – 基于单元边 (3D) *在第2章来讨论 简单励磁的平面模型 A A B B 线圈 (象征性的) 铁芯 空气

ΛNSYS在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法（MVP）此公式称为MVP，磁通量密度（B）等于矢量势（A）的旋度B = Curl(A)对于二维情况，A只有Z方向分量，在ANSYS中表示为“AZ”自由度模型有二种边界条件描述-Dirichlet条件（AZ约束）：磁通量平行于模型边界Neumann条件（自然边界条件）：磁通量垂直于模型边界2.2-3

2.2-3 • 在2D静磁场、交流和瞬态分析中采用磁矢量势方法(MVP) • 此公式称为MVP ，磁通量密度(B) 等于矢量势(A) 的旋度 B = Curl(A) • 对于二维情况，A只有Z方向分量，在ANSYS中表示为“AZ” 自由度 • 模型有二种边界条件描述 – -Dirichlet条件（AZ约束） : 磁通量平行于模型边界 – Neumann 条件（自然边界条件）:磁通量垂直于模型边界

ANSYS沿A-A通量平行边界条件需满足：模型中A-A的左边和右边是相同的Pole·几何形状相同Face·材料属性相同左边和右边励磁相位差180度（即方向B相反）B对称平面边界条件沿A-A必须加约束Preproc.>loads>apply>boundary>flux par">lines（1/2）对称模型2.2-4

2.2-4 • 沿A-A 通量平行边界条件需满足： – 模型中A-A 的左边和右边是相同的 • 几何形状相同 • 材料属性相同 – 左边和右边励磁相位差180度（即方向 相反） • 对称平面边界条件 – 沿A-A必须加约束 B B （1/2）对称模型 Pole Face A A Preproc.>loads>apply>boundary>flux par’l>lines

ANSYS半对称模型与全模型比较：磁通量密度是相同的线圈上Lorentz力是相同的贮能为1/2极面上力为1/2加载电流密度与全模型相同线圈简单导磁体的半对称模型(象征性的）2.2-5

2.2-5 • 半对称模型与全模型比较： – 磁通量密度是相同的 – 线圈上Lorentz 力是相同的 – 贮能为 1/2 – 极面上力为 1/2 – 加载电流密度与全模型相同 线圈 简单导磁体的半对称模型 (象征性的)

ANSYS沿B-B磁通量垂直边条件需满足B-B线上下两边如下参数是相同的·几何形状·材料性质B-B线上下两边励磁相同对称面（B-B)边界条件-Quartersymmetrymodelof2D磁矢量势（MVP）方式，无须处理thesimplemagnetizer加载电流与全模型相同2.2-6

2.2-6 • 沿B-B磁通量垂直边条件需满足 – B-B线上下两边如下参数是相同的 • 几何形状 • 材料性质 – B-B线上下两边励磁相同 • 对称面 (B-B)边界条件 – 2D磁矢量势(MVP)方式，无须处理 – 加载电流与全模型相同 Quarter symmetry model of the simple magnetizer B B

ANSYS1/4模型与全模型比较磁通密度分布相同贮能为1/4所示线圈上的Lorentz力1/2作用在极面上力为1/2B励磁体1/4对称模型2.2-7

2.2-7 • 1/4模型与全模型比较 – 磁通密度分布相同 – 贮能为1/4 – 所示线圈上的Lorentz力 1/2 – 作用在极面上力为1/2 励磁体1/4对称模型 B B

ANSYS单元plane13andplane53用于模拟2D磁场Plane13Plane13:4节点四边形3·耦合场自由度：温度，结构，磁·电源为Z方向Element CoordinateSysem (shovnfoe((e Axial)KEYOPT(4)-1)·B为线性变化(TrsarguiarOpt)recommended farstruetural0applicatiees)·适用于：·变压器螺线管磁体（致动器）·直线或旋转电机·汇流排·负载机械·传感器·机械力矩·线性或任意永磁系统2.2-8

2.2-8 • 单元plane13 and plane53 用于模拟2D磁 场 – Plane13: 4 节点四边形 • 耦合场自由度：温度，结构，磁 • 电源为Z方向 • B 为线性变化 • 适用于： Plane13 • 变压器 • 汇流排 • 传感器 • 线性或任意 • 永磁系统 • 螺线管磁体（致动器） • 直线或旋转电机 • 负载机械 • 机械力矩

ANSYSplane53:8节点，四边形·耦合场自由度：一磁K,L,O一与电路单元耦合电流为Z方向c Axialm.Option·B可为二次非线性变化XTerRadia·通常情况下的推荐使用单元中节点·适用于精度要求较高的分析一场量分析一大型机械力矩2.2-9

2.2-9 – plane53: 8 节点，四边形 • 耦合场自由度: – 磁 – 与电路单元耦合 • 电流为 Z 方向 • B 可为二次非线性变化 • 通常情况下的推荐使用单元 • 适用于精度要求较高的分析 – 场量分析 – 大型机械力矩 中节点

ANSYS定义Plane13的单元类型和单元选项Preproc>elementtype>add/Dafinod ElamentTYPDedit/deleteNONE DEFINED选择ADD选择Plane13Add.DeletepptionscloseHelp用单元类型号给平面赋属性Ony electromagnetic element types are shownLibraryf Elenent TypesUect Quad 4nod13Magnetic UectorScalarUect Quad 8nod53InterfaceUector Brick97CircuitCoupled FieldUectQuad4nod13Element type reference number选择OK2.2-10

2.2-10 • 定义Plane13的单元类型和单元选项 Preproc>element type> add/ edit/delete • 选择ADD • 选择Plane13 用单元类型号 给平面赋属性 • 选择OK