ansys压电材料谐响应分析，求出阻抗与频率的关系。谁能具体的告诉我下后处理怎么做，特别是电荷怎么取_百度知道
ansys压电材料谐响应分析，求出阻抗与频率的关系。谁能具体的告诉我下后处理怎么做，特别是电荷怎么取
就是我先在一个边长为1e-6的压电正方形材料上做谐响应分析求导纳（阻抗的倒数），我看了vm176后做的，可是输出的导纳值全是0，不知道哪里出错了NSEL,S,LOC,Z,1e-6CP,1,VOLT,ALL *GET,N1,NODE,,NUM,MIN D,N1,VOLT,1 NSEL,S,LOC,Z,0 D,ALL,VOLT,0.0 NSEL,ALLFINISH/SOLUEQSLV,SPARSE ANTYPE,HARMIC OUTRES,ALL,ALL HARFRQ, 0, NSUBST,50KBC,1 EQSLV,ICCG SOLVEHARFRQ,, SOLVEHARFRQ,, SOLVEFINISH/POST26RFORCE,2,N1,AMPS PI2=(3.14159*2.)PROD,3,2,1,,MHOS,,,PI2 PROD,4,3,,,MMHO,,,1000 PRVAR,4
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压电元件输出接电荷放大电路，已知放大电路的输入输出关系反推压电元件上的电荷。用专用仪器测阻抗与频率的关系。 仿真就接仿真的电荷放大电路，用ansys分析好了。
是这样，完全用ansys处理的，我建模，谐响应分析都已经弄好了，后处理怎么把阻抗与频率关系输出来不会
用给定幅度不同频率的电压做激励，以流过压电元件的电流做输出试试。
采纳率：61%
需要在谐振状态精密测量振幅，然后用精密方法打击，令其储存动能，同时所以高内阻电容器，配合示波器提取电荷。或者使用静电储电器提取电荷。一般阻抗是在谐振状态下测量，没有适合的仪器设备，做不到。
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我们会通过消息、邮箱等方式尽快将举报结果通知您。第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）5.1 在 3-D 静态磁场分析（标量法）中要用到的单元表 1 三维实体单元：维 单元 数 SOLID5 3-D 六面体，8 个节点 每节点 6 个：位移、电势、磁标量位或温度 SOLID96 3-D 六面体，8 个节点 磁标量位 SOLID98 3-D 四面体，10 个节点 位移、电势、磁标量位、温度 形状或特性 自由度表 2 三维界面单元单元 INTER115 维数 3-D 形状或特性 四边形，4 个节点 自由度 磁标量位，磁矢量位表 3 三维连接单元单元 维数 形状或特性 自由度 无SOURC36 3D 杆状( Bar)、弧状(Arc)、线圈(Coil)基元 3 个节点表 4 三维远场单元单元 维数 形状或特性 四边形，4 个节点； INFIN47 3-D 或三边形，3 个节点 INFIN111 3-D 六面体，8 个或 20 个节点 磁矢量位、磁标量位、电势、温度 磁标量位、温度 自由度SOLID96 和 SOLID97 是磁场分析专用单元，SOLID62、SOLID5 和 SOLID98 更适合于 耦合场求解。5.2 磁标量位（MSP）法介绍在磁标量位方法中，可使用三种不同的分析方法：简化标势法(RSP)、差分标势法 (DSP)和通用标势(GSP)法。 ?若模型中不包含铁区，或有铁区但无电流源时，用 RSP 法。若模型中既有铁区又 有电流源时，就不能用这种方法。?若不适用 RSP 法，就选择 DSP 法或 GSP 法。DSP 法适用于单连通铁区，GSP 法适 用于多连通铁区。 5.2.1 单连通区与多连通区 单连通铁区是指不能为电流源所产生的磁通量提供闭合回路的铁区，而多连通铁区 则可以构成闭合回路。参见图 1(a)、(b)“连通域”。 数学上，通过安培定律来判断单连通区或是多连通区，即磁场强度沿闭合回路的积 分等于包围的电流（或是电动势降 MMF）。 因为铁的磁导率非常大，所以在单连通区域中的 MMF 降接近于零，几乎全部的 MMF 降都发生在空气隙中。但在多连通区域中，无论铁的磁导率如何，所有的 MMF 降都发生 在铁芯中。5.3 3-D 静态磁标势分析的步骤该分析类型与 2－D 静态分析的步骤基本一样： 1.建立物理环境 2.建模、给模型区域赋属性和分网格 3.加边界条件和载荷（激励） 4.用 RSP、DSP 或 GSP 方法求解 5.观察结果 5.3.1 创建物理环境 首先设置分析参数为“Magnetic-Nodal”，并给出分析题目。然后用 ANSYS 前处理 器定义物理环境包含的项目。即单元类型、KEYOPT 选项、材料特性等。3D 分析的大部 分过程与 2D 分析一致，本章下面部分介绍 3D 分析中要特殊注意的事项。? SOLID96 单元可为模型所有的内部区域建模， 包括： 饱和区、 永磁区和空气区 （自 由空间）。对于电流传导区，需用 SOURC36 单元来表示，关于电流传导区建模，后面有 详细讲述。 ?对于空气单元的外层区域， 推荐使用 INFIN47 单元 节点边界单元） INFIN111 （4 或 单元（8 节点或 20 节点边界单元）。INFIN47 单元和 INFIN111 单元可很好地描述磁场 的远场衰减， 通常比使用磁力线垂直或磁力线平行条件得到的结果更准确。 二种单元中， INFIN111 更精确一些。 ?缺省单位制使用 MKS 单位制(米-千克-秒国际单位制)，可用下列方式改变成其他 单位制。一旦选定，所有输入数据都应该使用该单位制。为了方便建模，可以先在其他 单位制系统下面建模（如毫米或英寸），然后进行缩放。 用下列方式定义单位制： 命令：EMUNIT GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Electromag Units ?根据用户设定的单位制，自由空间的相对导磁率将自动设定： 在 MKS 单位制中， 5.3.2 设置 GUI 菜单过滤 如果你是通过 GUI 路径来运行 ANSYS，当 ANSYS 被激活后第一件要做的事情是选择 菜单路径：Main Menu&Preferences，在对话框出现后，选择 Magnetic-Nodal。 因为 ANSYS 会根据你选择的参数来对单元进行过滤， 选择 Magnetic-Nodal 以确保能 够使用用于 3D 静态磁场分析的单元。 5.3.3 定义材料属性 分析模型可有一种或多种材料区域：空气、导磁材料、导电区和永磁体。每种类型 的材料区具有所要求的材料性质。 ANSYS 材料库自身带有几种磁性材料，可以直接把这些材料性质读入数据库，不用 再手动的逐点输入。如有必要，可对它们进行修改，以便与所分析的课题相匹配。 在 ANSYS 材料库中定义的磁性材料如下：材料 Copper（铜） M3 steel（钢） M54 steel（钢） SA1010 steel（钢） 材料性质文件 emag Copper. SI_MPL emag M3. SI_MPL emag M54. SI_MPL emag Sa1010. SI_MPL，或者根据用命令 EMUNIT 来设定一个值。Carpenter steel（硅钢）emag Silicon. SI_MPLIron Cobalt Vanadium steel（铁－钴－钒－钢） emag Vanad. SI_MPL该表中铜的材料性质定义有与温度有关的电阻率和相对导磁率，所有其他材料的性 质均定义为 B－H 曲线。对于列表中的材料，在 ANSYS 材料库内定义的都是典型性质， 而且已外推到整个高饱和区。 你所需的实际材料值可能与 ANSYS 材料库提供值有所不同， 因此，必要时可修正所用 ANSYS 材料库文件以满足用户所需。 5.3.3.1 访问材料库文件： 下面介绍读写材料库文件的基本过程。详细参见《ANSYS 入门指南》和《ANSYS 基 本过程手册》。 读材料库文件，进行以下操作： 1. 如果你还没有定义好单位制，用/UNITS 命令定义。 注意：缺省单位制为 MKS,GUI 列表只列出当前被激活单位制的材料库文件。 2. 定义材料库文件所在的路径。（你需要知道系统管理员放置材料库文件的 路径） 命令：/MPLIB,read,pathdata GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Library Path 3. 将材料库文件读入到数据库中。 命令：MPREAD,filename,,,LIB GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Import Library Main Menu&Preprocessor&Loads&-Load Step Opts-Other&Change Mat Props&Material Library&Import Library 写材料库文件，进行以下操作： 1. 用 MP 命令或菜单 Main Menu&Preprocessor&Material Props&Isotropic 编辑材 料性质定义，然后将改后的材料特性写回到材料库文件当中去。 2.在前处理器中执行下列命令： 命令：MPWRITE,filename,,,LIB,MAT GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Export Library 5.3.4 定义材料属性和实常数的一般原则 下面讲述关于设置物理模型区域的一般原则。在“2-D 谐波（AC）分析”一章中详 细描述了 2-D 模型中需要设定的一些特殊区域。 5.3.4.1 空气： 说明相对磁导率为 1.0。命令：MP,murx GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Electromagnetics & Relative Permeability &Constant 5.3.4.2 自由空间导磁材料区： 说明 B-H 曲线，可以从库中读出，也可以输入自己定义的 B-H 曲线： 命令：MPREAD,filename,… GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Import Library 命令：TB,TBPT GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Electromagnetics&BH Curve 如果该材料是线性的，那么只需说明相对磁导率（对于均匀或者各向异性介质）。 如果定义 B-H 曲线，应满足下列准则，以保证准确地模拟材料属性： * 输入 B-H 曲线必须要遵守的规则： 1. B 与 H 要一一对应，且应 B 随 H 是单调递增，如第 2 章中图 1 所示。B-H 曲 线缺省通过原点，即 0.0 点不输入。用下面的命令验证 B-H 曲线： 命令：TBPLOT GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Electromagnetics&BH Curve Models &2. ANSYS 计算的 ?-H 曲线应该是光滑连续的，可用 TBPLOT 命令画出 ?-H 曲线来进行验 证（参见图 2（b））。B-H 曲线应覆盖材料的全部工作范围。如果需要超出 B-H 曲线的 点，程序按固定斜率进行外推处理，固定斜率应等于或者略大于 ?r，你可以按照如下方 式改变 X-轴的范围，并用 TBPLOT 命令画图来观察其外推情况。 命令：/XRANGE GUI: Utility Menu&PlotCtrls&Style&Graphs 对于永磁体和非线性各向异性材料，材料特性的输入与 2D 情况一样。 5.3.5 建立模型 《ANSYS 建模和分网指南》对 3-D 标标量位方法进行磁场分析的建模有详细描述， 但是对于电流源的处理有一些特殊考虑。 5.3.5.1 建立电流传导区 可以用基元模拟电流传导区域，不需要材料性质。在 3D 标量位方法分析中，电流源不是有限元模型的一个组成的部分（在 2D 矢量位方法 分析中是一个组成部分）。只需用一个有限元哑元单元，SOURC36，来指明电流源的形 状和位置。可以在模型中的任意位置定义线圈、杆状、弧状电流源，电流源的大小和其 他电流源数据可以通过哑元单元的实常数定义给出。图 3 为用 SOURC36 原始元表示的一个电流源。 注意：即使采用半对称或四分之一对称模型，也要为整个电流源建模。线圈和弧单 元的内半径不能设置成为 0。 因为 SOURC36 单元并不是一个真正的有限元，只能通过直接生成来定义它们， 而不能通过实体建模的方式。 命令：N GUI:Main Menu&Preprocessor&Create&Nodes&In Active CS Main Menu&Preprocessor&Create&Nodes&On Working Plane 命令：E GUI:Main menu&Preprocessor&Create&Elements&Thru Nodes 命令：EGEN GUI:Main Menu&Preprocessor&Copy&Auto Numbered直接生成的电流源单元在屏幕上是不显示的，可通过以下命令显示： 命令：/ESHAPE, EPLOT GUI:Utility Menu&PlotCtrls&Style&Size and Shape Utility Menu&Plot&Elements 下面是一个定义电流源的命令流实例： /PREP7 ET,2, 36! Current source element EMUNIT,MKS! MKS units ! Define convenient parameters: I=0.025! Current (amps) N=300! Turns S=0.04! Solenoid length R=0.01! Solenoid radius THK=0.002! Solenoid thickness ! R=2,1,N*1,THK,S! Real constant set 2:coil type, current ! thickness, length, CSYS,1! Global cylindrical system N,1001,R! Nodes for the source element N,1002,R,90 N,1003 TYPE,2! Attributes REAL,2 E,03! Element definition /ESHAPE,1 /VIEW,1,2,1,.5 /VUP,1,Z /TRIAD, LBOT /TYPE,1,HIDP EPLOT 关于下列命令的详细描述， 《ANSYS 命令手册》 ET, EMUNIT, R, CSYS, N, TYPE, 参见 ： REAL,E, /ESHAPE, /VIEW, /VUP, /TRIAD, 和/TYPE5.3.6 创建 3D“跑道型”线圈 命令：RACE GUI:Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create&Racetrack Coil Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply&-Magnetic-Excitation&Racetrack Coil 用 RACE 宏在当前工作平面坐标系定义跑道型线圈电流源。ANSYS 程序用 SOURC36 单元（被指定为另一种单元类型号）生成由棒状、弧状基元构成的电流源。电流方向为 工作平面内的逆时针方向。关于 RACE 宏和跑道型线圈的详细描述，参见第 11 章。 删除独立的 SOURC36 单元，用 EDELE 命令（GUI: Main Menu&Delete&Elements）。 在删除前，列出所有单元，并选择要删除的单元。用下列方式列出所有的单元： 命令：ELIST GUI: Utility Menu&List&Elements&Attribute+RealConst GUI: Utility Menu&List&Elements&Attribute Only GUI: Utility Menu&List&Elements&Nodes+Attributes GUI: Utility Menu&List&Elements&Nodes+Attr+RealConst 5.3.7 施加边界条件和载荷 5.3.7.1 3D 标量位静态磁场分析加载 如果希望分析过程中能进行每步手动控制，那么除了施加边界条件和载荷以外，还 需要定义加载步选项。详情参见 16 章。 标量位方法的加载方法与矢量位方法有很大的不同。 下列为通过菜单路径定义的边 界条件和加载。通过命令方式加载的详情参见 16 章。 通过层叠式菜单可以逐级访问所有加载选项。选菜单路径 Main Menu&Solution& -Magnetic-后，ANSYS 程序列出一个边界条件分类表，三个加载分类表。可用于 3D 标量 位分析的边界条件和加载如下：-Boundary-Scalar PotenOn Keypoints On Nodes On Areas Flux Parallel -Flux Normal-Excitation(none)1 -FlagComp. Force -Infinite SurfOn Lines On Areas On Nodes -Other-Magnetic FluxOn Keypoints On Nodes -Maxwell SurfOn Lines On AreasOn Areas On NodesOn Nodes -Virtual DispOn Keypoints On Nodes1参见下面“激励”例如，施加磁力线法向条件，选择 GUI 路径： Main Menu&Solution&-Loads-&Apply&-Magnetic-&-Boundary-& -Flux-Normal-&On Areas 在菜单中还可以看到其他可以施加的边界条件和加载，如果它们显示为灰色，则说 明在 3D 静态磁场分析中不可用，或者该单元的 KEYOPT 选项没有进行相关设置。（在其 他 ASNSYS 磁场分析中这些灰色选项会成为有效选项，在 ANSYS 程序 GUI 过滤器进行相 关设置。） 5.3.8 边界条件 5.3.8.1 磁标量位 用磁标量位(MAG)来说明磁力线垂直、磁力线平行、远场为零、周期性边界条件和 外加磁场激励。对每种边界条件 MAG 的值列表如下：边界 MAG 值 条件 说明 MAG=0，用下列方式： 磁力 命令：DSYM,symm 线垂 GUI: Main Menu&Solution& -Loads-Apply& -Magnetic-Boundary & 直 -Scalar Poten-Flux Normal-On Nodes. 磁力 线平 不用说明（自然满足）。 行 远场 用 INFIN47 单元或 INFIN111 单元。 远场 MAG=0。 零 命令：CP 或 CE 周期 GUI:Main Menu&Preprocessor&Coupling/Ceqn&Constraint Eqn 性 Main Menu&Preprocessor&Coupling/Ceqn&Couple DOFs外场 令 MAG 等于非零值。5.3.9 激励 通过前面提到的 SOURCE36 号单元定义电流激励，可用 RACE 定义。 5.3.10 标记 5.3.10.1 部件受力 ANSYS 程序提供一个自动施加虚位移和 Maxwell 面标志的宏－FMAGBC，可以直接计 算力和力矩。将需要进行力和虚位移计算的物体上的单元定义成一个部件（参见 CM 命 令的描述），再用该宏加力标志： 命令：FMAGBC, Cname GUI：Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply&-Magnetic-Flag&Comp.Force 5.3.10.2 无限表面标志（INF） 不算真实意义的加载，是有限元方法计算开域问题时，加给无限元（代表物理模 型最边缘的单元）的标志。 5.3.11 其他加载 Maxwell 面(MXWF) 磁虚位移(MVDI) 这两个载荷并不是真正意义上的载荷，与 2-D 静态磁场分析完全一致。 5.3.12 求解 分别介绍三种标量方法的求解过程。 5.3.13 用 RSP 法求解 5.3.13.1 进入 SOLUTION 求解器 命令：/SOLU GUI: Main Menu&Solution 5.3.13.2 定义分析类型 命令：ANTYPE,static,new GUI: Main Menu&Solution&New Analysis 如果是需要重启动一个分析（重启动一个未收敛的求解过程，或者施加了另外的激 励），使用命令 ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的结果文件 Jobname.EMAT,Jobname.ESAV, 和 Jobname.DB 还可用，就可以重启动 3-D 静态磁场分析。5.3.13.3 定义分析选项 你可选择下列任何一种求解器： ?Sparse solver?Frontal solver (缺省值) ?Jacobi Conjugate Gradient (JCG) solver ?JCG out-of-memory solver ?Incomplete Cholesky Conjugate Gradient (ICCG) solver ?Preconditioned Conjugate Gradient solver (PCG) ?PCG out-of-memory solver 用下列方式选择求解器： 命令：/EQSLV GUI:Main Menu&Solution&Analysis Options 对于 3D 模型，推荐使用 JCG solver 或 PCG solver。 5.3.13.4 备份 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：RESUME GUI:Utility Menu&File&Resume Jobname.db 5.3.13.5 开始求解 命令：MAGSOLV(设 OPT 域为 2) GUI: Main Menu&Solution&-Solve-Electromagnet&-Static Analysis-Opt&Solv 关于手动执行求解，参见 16 章。 5.3.13.6 完成求解 命令：FINISH GUI: Main Menu&Finish 5.3.14 用 DSP 法求解 只有当模型中有单连通铁区时才建议使用 DSP 方法。DSP 方法中的模型建立与结果 观察均与 RSP 方法一样，只是加载和求解的方式不同。 DSP 方法需二步求解： ?在第一个载荷步中，近似认为铁区中的磁导率无限大，只对空气求解； ?在第二个载荷步中，恢复原有的材料特性，得到最终解。 按照下列步骤进行求解： 1.进入 SOLUTION 求解器，如同 RSP 方法一样，定义分析类型，分析选项，施加载 荷。 2.备份数据命令：SAVE GUI: Utility Menu&File&Save as Jobname.db 注意：如果在求解后或后处理时，使用 BIOT 选项并且使用 SAVE 命令，根据毕奥－ 萨发特定律计算的数据存储在数据库中。但如果执行了退出操作，数据会丢失。若希望 退出后，保存这些数据，则在使用 SAVE 命令后，执行/EXIT,NOSAVE 命令。也可以通过 执行/EXIT,SOLU 命令退出 ANSYS 程序，并且存储所有求解数据，包括毕奥－萨发特计 算。否则，在执行 RESUME 操作后，毕奥－萨发特计算的数据会丢失。（结果中为 0 值） 3.定义磁场分析选项，进行两步求解： 命令：MAGSOLV(设 OPT 域为 3) GUI:Main Menu&Solution&-Load Step Opts-Magnetics&-Static Analy-Opt and Solv 4.完成求解 命令：FINISH GUI: Main Menu&Finish 5.3.15 用 GSP 法求解 如果模型中又有多连通铁区又有电流源时，GSP 方法是最佳方法。与 RSP 方法和 DSP 方法不同的是，GSP 方法需三步求解： ?在第一个载荷步中，只对铁区求近似解； ?在第二个载荷步中，只对空气求近似解； ?在第三个载荷步中，计算最终解。 按照下列步骤进行 GSP 方法求解： 1.进入 SOLUTION 求解器，按照后面讲述的“检查分析结果(RSP, DSP, 或 GSP 方 法分析)”，定义分析类型，分析选项，施加载荷。确认铁区中至少一个节点的标量位 被定义为 0 值。 2.备份数据 命令：SAVE GUI: Utility Menu&File&Save as Jobname.db 注意：如果在求解后或后处理时，使用 BIOT 选项并且使用 SAVE 命令，根据毕奥－ 萨发特定律计算的数据存储在数据库中。但如果执行了退出操作，数据会丢失。若希望 退出后，保存这些数据，则在使用 SAVE 命令后，执行/EXIT,NOSAVE 命令。也可以通过 执行/EXIT,SOLU 命令退出 ANSYS 程序，并且存储所有求解数据，包括毕奥－萨发特计 算。否则，在执行 RESUME 操作后，毕奥－萨发特计算的数据会丢失。（结果中为 0 值）3.定义磁场分析选项，进行三步求解： 命令：MAGSOLV(设 OPT 域为 4) GUI:Main Menu&Solution&-Load Step Opts-Magnetics&-Static Analy-Opt and Solv 4.完成求解 命令：FINISH GUI: Main Menu&Finish 5.3.16 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中的总磁链。参 见《ANSYS 理论手册》 命令：LMATRIX GUI：Main Menu&Solution&-Solve-Electromagnet&-Static Analysis-Induct Matrix 计算计算多线圈系统的微分感应矩阵和每个线圈中的总磁链需要多个处理步骤。首 先应对线圈单元指定部件名，定义名义电流，然后针对一工作点进行名义求解，详见第 11 章“磁宏”。 5.3.17 观察结果(RSP, DSP, 或 GSP 方法分析) 3-D 静态磁场分析（标量位方法）的计算结果包括： ?主数据：节点磁标势（MAG） ?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,Z 分量和 SUM） 节点感生磁通量（FLUX） 等等 每种单元都有其他特定的输出数据，详见《ANSYS 单元手册》。 计算结果可在通用后处理器中观看： 命令：/POST1 GUI: Main Menu&General Postproc 5.3.17.1 读入数据 若希望在 POST1 后处理器中查看结果，进行求解后的模型数据库必须存在。同时， 结果文件 Jobname.RMG 也应该存在。方式如下：命令：SET GUI:Utility Menu&List&Results&Load Step Summary 如果模型不在数据库中，需用 RESUME 命令后再用 SET 命令或其等效路径读入需要 的数据集。 命令：RESUME GUI:Utility Menu&File&Resume Jobname.db 5.3.17.2 磁力线 用标量位方法计算静态电磁场很难得到磁力线分布，用磁通密度矢量方式显示。 5.3.17.3 矢量显示 矢量显示(不要与矢量模式混淆)可以方便地观看一些矢量（如 B, H 和 FMAG）的大 小和方向。 命令：PLVECT GUI:Main Menu&General Postproc&Plot Results&User-Defined Main Menu&General Postproc&Plot Results&Predefined Utility Menu&Plot&Results&Vector Plot 对于矢量列表显示，使用下列方式： 命令：PRVECT GUI:Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Utility Menu&List&Results&Vector Data 5.3.17.4 等值线显示 等值线几乎可以显示任何结果数据（如磁通密度，磁场强度，总电流密度 （JTZ））。 命令：PLNSOLPLESOLGUI:Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Elem Solution Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Nodal Solution 注意：导出数据（如磁通密度和磁场强度）的等值线显示是在节点上作平均后的数 据。在 PowerGraphics 模式（缺省值）下，可以观察考虑了材料不连续的任何位置的节 点平均值 5.3.17.5 带电粒子示踪在《ANSYS 基本过程指南》的“通用后处理器 POST1”和“建立几何显示结果”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。 5.3.17.6 列表显示 将计算得到的数据结果列表显示： 命令：PRESOL,PRNSOL,PRRSOL GUI: Main Menu&General Postproc&List Results&Element Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Reaction Solu 列表显示的数据可以是未排序的，也可用下列命令分别按节点或单元排序： 命令：ESORT,NSORT GUI:Main Menu&General Postproc&List Results&Sort Elem Main Menu&General Postproc&List Results&Sort Nodes 5.3.17.7 电磁力 如计算前给模型加了前面所述的计算力的边界条件，则可用 FMAGSUM 命令将作用到 部件上的 Maxwell 力和虚功力求和： 命令：FMAGSUM GUI: Main Menu&General Postproc&Elec&Mag Calc&-2D and 3D-Comp.Force ? Maxwell 力是对所有曾加过 MXWF 面标志的单元计算的磁力，先选择这样的单元， 再用下列命令可看详细的 Maxwell 力数据： 命令：FRNSOL,fmag GUI: Main Menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution 只有对这些力求和才能得到合力， 这需要先用 ETABLE 命令将 Maxwell 力数据读入到 单元表中，然后再用 SSUM 命令求和： 命令：ETABLE GUI: Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table 命令：SSUM GUI: Main Menu&General Postproc&Element Table&Sum of Each Item?虚功力是对其周围的空气元加了 MVDI 标志的物体计算的磁力，可通过单元的 NMISC 记录号获得有关虚功力的详细信息： 命令：PRETAB GUI: Main Menu&General Postproc&Element Table&List Elem Table 5.3.17.8 其他感兴趣项的计算在后处理中，从数据库获得的数据，你能计算许多其他感兴趣的项目。ANSYS 提供 下面的宏命令自动地执行计算： ?EMAGERR 宏在电磁或静电场分析中计算相对误差 ?SENERGY 宏计算存储磁能 ?MMF 宏沿一路径计算磁动势 关于这些宏请详见本手册第 11 章或 ANSYS 命令手册。5.4 算例----3D 静态磁分析例题5.4.1 问题描述 本例计算螺线管（如图 4 所示）衔铁所受磁力和线圈电感，线圈为直流激励，产生 力驱动衔铁。线圈电流为６安，500 匝。由于对称性，只分析第一象限的 1/4 模型。 5.4.1.1 材料性质 空气相对磁导系数为 1.0 磁极和衔铁Ｂ－Ｈ曲线数据如下（工作范围Ｂ≥0.7Ｔ）：B(T) 0.70 0.80 0.90 1.00 1.10 1.20 1.30 1.35 1.40 1.45 1.50 1.55 1.60 1.65 1.70 H(A/m) 355 405 470 555 673 836 20 70 50 B(T) 1.75 1.80 1.85 1.90 1.95 2.00 2.05 2.10 2.15 2.20 2.25 2.30 2.41 2.69 3.22 H(A/m)
000 000 8000005.4.1.2 方法与假定 本分析使用智能网格划分（LVL=8），实际工程应用中采用更细网格（LVL=6）。设定全部面为通量平行，这是自然边界 条件，自动得到满足。为避免出现病态矩阵，要把其中一个节点施加约束，即 Mag=0。5.4.1.3 希望的计算结果虚功力(z 方向) = -11.928 N Maxwell 力(z 方向) = -11.214 N电感= 0.012113 h计算结果要乘以 4，因为是采用的 1/4 对称模型。X,Y 方向的力不作计算。 关于本例题的详细描述，参见 Gyimesi, M. and Ostergaard, D., &Non-Conforming Hexahedral Magnetic Analysis,& IEEE Transactions 5.4.2 GUI 实现 on Magnetics, Vol. 34, No. 5 (1998). Edge Elements for步骤 1: 开始分析1.激活 ANSYS 程序. 2.选择 Run Interactive Now. 3.当 GUI 界面出现后，选择 Utility Menu& File&Change Title. 4.输入标题“3-D Static Force Problem - Tetrahedral” 5.点击 OK. 6.选择 Main Menu&Preferences. GUI 参数选择对话框出现。选择 Electromagnetic: Magnetic-Nodal. 点击 OK.步骤 2: 定义分析参数1.选菜单路径 Utility Menu&Parameters&Scalar Parameters. 2.输入下列参数值.(输入完毕敲击 ENTER)n = 500 (线圈匝数) i = 6 (每匝电流)3.点击 Close步骤 3: 定义单元类型1.选择 Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete. 2.点击 Add. 3.在滚动栏, 点击 Magnetic Scalar 和 Scalar Brick 96 (SOLID96). 4.点击 OK. 5.点击 Close步骤 4: 定义空气和钢的材料属性1.选择 Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models. 2.在材料窗口,依次双击以下选项: Electromagnetics, Relative Permeability, Constant. 3.MURX (Relative permeability)输入 1,点击 OK.在定义材料的窗口的左边区域显示的材料号为 1. 4.选择 Material&New Model. 点击 OK 以定义 2 号材料. 在定义材料的窗口的左边区域显示的材料号为 2. 5.在定义材料的窗口双击 B-H curve. 6.输入钢的 H 和 B 值, 若要增加更多的值，移动光标到最低行，然后点击 Add Point . 点击 OK. 7.选择 menu path Edit&Copy. 选择 2 作为源材料号，输入 3 作为目标材料号，点击 OK. 在定义材料的窗口的左边区域 显示材料号为 3. 8.选择菜单路径 Material&Exit 9.点击 ANSYS Toolbar 的 SAVE_DB.步骤 5: 建立电极模型1.选择 Utility Menu&PlotCtrls&Numbering.. 2.点击 Volume. 3.点击 OK. 4.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create& -Volumes-Block&By Dimensions. 5.在&X coordinates& 区域, 输入 0 和 63.5;在&Y coordinates&区域, 输入 0 和 25/2; 在&Z coordinates& 区域, 输 入 0 和 25. 6.点击 OK. 7.选择 Utility Menu&PlotCtrls&Pan, Zoom, Rotate. 8.点击 Iso 键, 再点击 Close. 9.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create& -Volumes-Block&By Dimensions. 10.在 &X coordinates& 区域, 输入 38.5 和 63.5; 在 &Y coordinates& 区域, 输入 0 和 25/2; 和在 &Z coordinates& 区域, 输入 25 和 125. 11.点击 OK. 12.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create& -Volumes-Block&By Dimensions. 13.在 &X coordinates& 区域, 输入 13.5 和 63.5; 在 &Y coordinates& 区域, 输入 0 和 25/2; 在 &Z coordinates& 区域, 输入 125 和 150. 14.点击 OK. 15.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Operate& -Booleans-Glue&Volumes. 16.点击 Pick All.步骤 6:建立衔铁、空气的几何模型并压缩编号1.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create& -Volumes-Block&By Dimensions. 2.在 &X coordinates& 区域, 输入 0 和 12.5; 在 &Y coordinates& 区域, 输入 0 和 5;在 &Z coordinates& 区域, 输 入 26.5 和 125. 3.点击 OK. ANSYS 图形输出窗口显示电极体和衔铁体(volume 1). 4.选择 Utility Menu&Plot&Volumes. 5.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create& -Volumes-Block&By Dimensions. 6.在 &X coordinates& 区域, 输入 0 和 13; 在 &Y coordinates& 区域, 输入 0 和 5.5; and 在 &Z coordinates& 区 域, 输入 26 和 125.5. 7.点击 OK. ANSYS 图形输出窗口显示电极、衔铁及周围空气组成的实体. 8.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Operate& -Booleans-Overlap&Volumes. 9.点取 (或在 input 窗口输入)体 1 和 2. 10.点击 OK. 11.选择 Utility Menu&Plot&Volumes. 12.选择 Main Menu&Preprocessor&Numbering Ctrls&Compress Numbers. 13.在&Item to be compressed (Label)&区域设置为 Volumes. 14.点击 OK. 15.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create& -Volumes-Cylinder&Partial Cylinder. 16.设置下列值. 完成后点击 OK&Rad-1& 域：0 &Theta-1&域：0 &Rad-2&域：100 &Theta-2&域：90&Rad-1& 域：017.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Operate& -Booleans-Overlap&Volumes. 18.点击 Pick All. 19.选择 Main Menu&Preprocessor&Numbering Ctrls&Compress Numbers. 20.确认&Item to be compressed (Label)& 区域设置为 Volumes. 21.点击 OK. 22.点击 ANSYS Toolbar 中的 SAVE_DB.步骤 7: 设置几何体的属性1.选择 Utility Menu&PlotCtrls&Pan, Zoom, Rotate. 2.旋转模型，以便于拾取电极和衔铁 3.关闭 Pan-Zoom-Rotate 对话框. 4.选择 Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Picked Volumes. 5.点击(或者在 input 窗口中输入)衔铁(volume 1). 6.点击 OK. 7.改变&Material Number (MAT)&区域设置为 3. 8.点击 OK. 9.选择 Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Picked Volumes. 10.点击(或者在 input 窗口中输入)电极实体(volumes 3, 4, 和 5). 11.点击 OK. 12.改变&Material Number (MAT)&区域设置为 2 13.点击 OK.步骤 8: 划分模型1.选择 Utility Menu&Select&Everything. 2.选择 Main Menu&Preprocessor&MeshTool. 弹出 MeshTool 菜单 3.点击 SmartSizing.设置 SmartSizing 滑动条为 8.(对于实际工程问题，选更精细的等级，比如为 6.) 4.确认在 MeshTool 中设置为 Volumes, Tet, 和 Free. 5.点击 MESH. 6.点击 Pick All. 窗口中显示划分后的网格.如果在这个过程中出现提示询问要不要继续进行，则点击 Yes.关闭出现的 警告信息。点击 Close 关闭 MeshTool. 7.选择 Utility Menu&PlotCtrls&Numbering. 对&Elem/Attrib numbering,& 选择材料号. 对&Numbering shown with,& 选 择 Colors only. 点击 OK. 8.选择 Utility Menu&Plot&Elements.步骤 9: 把衔铁（Armature）定义为一个部件（Component）并施加力标志1.选择 Utility Menu&Select&Entities. 2.设置顶上的空格中为 Elements，第二个空格为 By Attributes, 确认是按材料号选择。设置&Min,Max,Inc&区域为 3. 3.点击 OK. 4.选择 Utility Menu&Select&Comp/Assembly&Create Component. 5.在 &Component name& 区域输入“arm”并设置&Component is made of& 区域为“Elements”. 6.点击 OK.7.选择 Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply& -Magnetic-Flag&Comp. Force/Torque. 8.在&Component name&区域中选择“arm”. 9.点击 OK. 出现一个消息框，提示为“force boundary conditions have been applied”. 10.读完提示后，点击 Close. 11.点击 ANSYS Toolbar 中的 SAVE_DB.步骤 10: 转换模型单位制为米1.选择 Utility Menu&Select&Everything. 2.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Operate& Scale&Volumes. 3.点击 on Pick All. The Scale Volumes dialog box appears.4.在“RX, RY, 和 RZ scale factors”区域输入.001, .001, 和.001. 5.把&Items to be scaled& 区域设置为 Volumes and Mesh, 但是要把&Existing volumes will be&区域设置为 Moved. 6.点击 OK.步骤 11: 建立线圈1.选择 Utility Menu&WorkPlane&Local Coordinate Systems&Create Local CS&At Specified Loc.2.确认为全局 Cartesian 坐标系，在 input 窗口输入 0,0,75/1000. 3.点击 OK. 4.设置 &Ref number of new coord sys (KCN)& 为 12，并点击 OK.5.选择 Utility Menu&WorkPlane&Align WP with&Specified Coord Sys. 6.在 &Coordinate system number (KCN)& field, 输入 12, 点击 OK. 7.选择 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create&Racetrack Coil. 8.输入下列值:在 &X-loc of vertical leg (XC)&区域, 输入 .0285. 在 &Y-loc of horizontal leg (YC)& 区域, 输入 .0285. 在 &Radius of curvature (RAD)& 区域, 输入 .014. 在 &Total current flow (TCUR)& 区域, 输入 n*i. 在 &In-plane thickness (DY)& 区域, 输入 .018. 在 &Out-of-plane thickness (DZ)& 区域, 输入 .0966. 在 &Component name (Cname)& 区域, 输入 coil1.9.点击 OK. 10.选择 Utility Menu&PlotCtrls&Style&Size and Shape. 11.检验并确认“the Display of 12.点击 OK. 13.选择 Utility Menu&Plot&Elements 以显示线圈. element shapes based on real constant descriptions”是打开的.步骤 12: 施加边界条件1.选择 Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Magnetic-Boundary &-Scalar Poten-On Nodes. 2.选择一个约束节点(比如, 在全局坐标系中的 2 号节点，{x, y, z} = {0, 0, 0}). 3.点击 OK. 4.设置&Scalar poten (MAG) value&区域为 0.5.点击 OK.步骤 13: 求解1.选择 Utility Menu&Select&Everything. 2.选择 Main Menu&Solution&-Solve-Electromagnet&-Static Analysis-Opt&Solv. 3.设置&Formulation option (Option)&区域为 DSP，设置&Force Biot-Savart Calc. (BIOT)&区域为 YES. 4.点击 OK. 5.出现“Solution Is Done”信息后，点击 Close步骤 14: 对衔铁受力求和1.选择 Main Menu&General Postproc&Elec&Mag Calc&-2D and 3D-Comp. Force.. 2.在 &Component names (s)& 区域点击 ARM，再点击 OK.弹出的窗口显示电枢受力。 3.检查结果并点击 Close.注意由于对称性力的 X 和 Y 分量不计算。Z 分量要乘以 4。步骤 15: 计算线圈自感1.选择 Utility Menu&Parameters&Array Parameters&Define/Edit. 2.点击 Add. 3.在 &Parameter name (Par)& 区域输入 cur. 设置 &No. of rows (I)& 区域为 1. 4.点击 OK. 5.点击 Edit. 6.在输入框, 输入 i 并点击 File. i 自动变为 6. 7.点击 Apply/Quit. 8.点击 Close. 9.选择 Main Menu&Solution&-Solve-Electromagnet&-Static Analysis-Induct Matrix. 10.在 &Geometric symmetry factor (Symfac)& 区域输入 1; 在 &Compon. name identifier (Coilname)& 区域, 输入并检查 coil currents 选择为“Existing array”. 11.点击 OK. 12.确认&Existing array (Cname)& 区域选择 cur 13.点击 OK，弹出一个菜单显示电感矩阵结果. 14.检查结果并点击 Close. 15.选择 Main Menu&Finish. 16.点击 ANSYS Toolbar 中的 QUIT.选择一种退出选项，并点击 OK.退出 ANSYS 分析程序。 5.5 ANSYS 分析命令流 /batch list /prep7 /title, 3-D Static Force Problem - Tetrahedral /com, ! ! define analysis parameters ! n=500! coil turns i=6! current per turn! !define element type ! et,1,96 ! !define material properties for air and steel ! mp,murx,1,1 tb,bh,2,,40 tbpt,,355,.7 ,,405,.8 ,,470,.9 ,,555,1.0 ,,673,1.1 ,,836,1.2 ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,,.25 ,,.3 ,,.41 ,,.69 ,,.22 tbcopy,bh,2,3 ! !create pole volumes ! /pnum,volublock,0,63.5,0,25/2,0,25 /view,1,1,1,1 /replot block,38.5,63.5,0,25/2,25,125 block,13.5,63.5,0,25/2,125,150 vglue,all ! !create ! block,0,12.5,0,5,26.5,125! armature block,0,13,0,5.5,26,125.5! air region vovlap,1,2 numcmp,volu cyl4,,,0,0,100,90,175 vovlap,all numcmp,volu ! !set volume attributes ! vsel,s,volu,,1 vatt,3,1,1! armature vsel,s,volu,,3,5 vatt,2,1,1! pole ! !mesh the model ! allsel,all smrt,8! for production work a mshape,1,3d mshkey,0 vmesh,all /pnum,mat,1 /number,1 eplot ! !define armature ! esel,s,mat,,3! armature cm,arm,elem fmagbc,&arm& ! !scale the model to meters ! allsel,all as a component and apply force flags finer mesh should be used, (LVL 6) armature and air volumes and compress numbersvlscale,all,,,.001,.001,.001,,0,1 ! !create the coil ! local,12,0,0,0,75/1000 wpcsys,-1 race,.,.014,n*i,.018,.0966,,,&coil1& /eshape,1 eplot save finish ! !apply boundary conditions ! /solu d,2,mag,0 ! !solve ! allsel,all magsolv,3,,,,,1 finish ! !summarize armature force results ! /post1 /com, fmagsum,&arm& finish save ! !calculate the coil inductance ! /solu *dim,cur,array,1 cur(1)=i lmatrix,1,&coil&,&cur& finish 5.6 其他例题 三维静态磁场分析的例子还可在 ANSYS 校验手册中找到，如下所示： VM168 --- 非铁磁螺线管线圈磁场 VM169 --- 带空气隙的永磁体 VM190 --- 铁磁电感线圈第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边单元方法）6.1 何时使用棱边元方法 在理论上，当存在非均匀介质时，用基于节点的连续矢量位 A 来进行有限元计算会产生不精确的解，这种理论上的缺陷可 通过使用棱边元方法予以消除。这种方法不但适用于静态分析，还适用于谐波和瞬态磁场分析。在大多数实际 3-D 分析中，推 荐使用这种方法。在棱边元方法中，电流源是整个网格的一个部分，虽然建模比较困难，但对导体的形状没有控制，更少约束。 另外也正因为对电流源也要划分网格，所以可以计算焦耳热和洛伦兹力。 用棱边元方法分析的典型使用情况有： ?电机 ?变压器 ?感应加热 ?螺线管电磁铁 ?强场磁体 ?非破坏性试验 ?磁搅动 ?电解装置 ?粒子加速器 ?医疗和地球物理仪器 《ANSYS 理论手册》不同章节中讨论了棱边单元的公式。这些章节包括棱边分析方法的概述、矩阵列式的讨论、棱边方法 型函数的信息。 对于 ANSYS 的 SOLID117 棱边单元， 自由度是矢量位 A 沿单元边切向分量的积分。 物理解释为： 沿闭合环路对边自由度 （通 量）求和，得到通过封闭环路的磁通量。正的通量值表示单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号（由单元边连接）。磁通 量方向由封闭环路的方向根据右手法则来判定。 在 ANSYS 中，AZ 表示边通量自由度，它在 MKS 单位制中的单位是韦伯（Volt?Secs），SOLID117 是 20 节点六面体单元， 它的 12 个边节点（每条边的中间节点）上持有边通量自由度 AZ。单元边矢量是由较低节点号指向较高节点号。在动态问题中， 8 个角节点上持有时间积分电势自由度 VOLT。 ANSYS 程序可用棱边元方法分析 3-D 静态、谐波和瞬态磁场问题。 （实体模型与其它分析类型一样，只是边界条件不同）， 具体参见第 7 章，第 8 章。6.2 单元边方法中用到的单元表 1 三维实体单元单元维 数形状或特性自由度SOLID117 3-D六面体, 20 节 中间边节点处的边通量 AZ， 角节点处的电标势 点 VOLT6.3 物理模型区域的特性与设置对于包括空气、铁、永磁体、源电流的静态磁场分析模型，可以通过设置不同区域不同材料特性来完成。参见下表，详情 在后面部分叙述。空气 铁DOF: AZ 材料特性：mr(MURX) DOF: AZ材料特性：mr(MURX)或 B-H 曲线(TB 命令) DOF: AZ 永磁体 材料特性：mr(MURX)或 B-H 曲线(TB 命令)，Hc(矫顽力矢量 MGXX,MGYY,MGZZ) 注：永磁体的极化方向由矫顽力矢量和单元坐标系共同控制。 载流绞线 型线圈 （见下 图） DOF: AZ 材料特性：mr(MURX) 特殊特性：加源电流密度 JS(用 BFE,,JS 命令)6.4 用棱边单元方法进行静态分析的步骤用棱边元方法进行静态磁场分析的步骤如下： 1.在 GUI 菜单过滤项中选定 Magnetic-Edge 项。 GUI: Main Menu&Preferences&Electromagnetics:Magnetic-Edge 2.定义任务名和题目。 命令：/FILNAME 和/TITLE GUI:Utility Menu&File&Change Jobname Utility Menu&File&Change Title 3.进入 ANSYS 前处理器。 命令：/PREP7 GUI:Main Menu&Preprocessor 4.选择 SOLID117 单元。 命令：ET,,solid117 GUI:Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete 5.定义材料特性（与第二章类似）。 命令：MP GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Electromagnetics&Relative Permeability&Constant 命令：TB GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Electromagnetics&BH Curve 6.建立模型，用 Main Menu&Preprocessor&-Modeling-界面，详见《ANSYS 建模与分网指南》。 7.赋予特性。GUI: Main menu&Preprocessor&-Attributes-Define 8.划分网格（用 Mapped 网格）。 命令：VMESH GUI:Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volumes-Mapped 9.进入求解器。 命令：/SOLU GUI:Main Menu&Solution 10.给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件。 命令：DA GUI:Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Magnetic-Boundary 用 AZ=0 来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件自然发生，无需说明。在极少数情况下，说明 AZ=0 还不足以表 明磁力线平行边界条件，在这中情况下，可分别用 D 命令来指定约束。 11.加电流密度载荷（JS）。 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的（即JS=0），这一点必须保证，如果有误， 则 SOLID117 单元会解算出错误结果，并且不给出任何警告信息！ 在某些情况下，源电流密度的幅值和方向都是恒定的（比如：杆状、弧状电流源），自然满足无散条件，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（比如：两个直杆连接处弯形连接段内 的电流弯曲），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。 通常，直接把源电流密度施加到单元上。使用下列方式之一： 命令：BFE, JS GUI:Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Magnetic-Excitation 关于其他加载的更多信息，参看第 2 章“2D 静态磁场分析”。单元密度由 ESYS 命令在单元坐标系中设定。 12.为计算作用到导磁体上的 Maxwell 力和虚功力，先定义组元： 命令：CM GUI:Utility Menu&Select&comp/Assembly&Create Component 再加表面标志： 命令：FMAGBC GUI:Main Menu&Solution-Loads-Apply&-Magnetic-Flag&Comp Force/Torq 13.选择静态分析类型。 命令：ANTYPE,static,new GUI:Main Menu&Solution&New Analysis&Static 注意：如果是需要重启动一个分析（重启动一个未收敛的求解过程，或者施加了另外的激励），使用命令 ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的结果文件 Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和 Jobname.DB 还可用，就可以重启动 3-D 静态 磁场分析。 14.选择求解器，可以使用波前求解器(FRONT) (缺省值)、稀疏求解器(Sparse)、雅可比共厄梯度求解器 (JCG)、及不完 全 Cholesky 共厄梯度求解器(ICCG)。用下列方式选择求解器： 命令：EQSLV GUI:Main menu&Solution&Analysis Options 推荐使用 sparse 或 ICCG 求解器。 15. 选择载荷步选项（参见 16 章）。 16. 求解，对于非线性分析，采用两步求解： ?先斜坡载荷计算 3 到 5 子步，每步一次平衡选代 ?用一个子步计算最后的解，具有 5 到 10 次平衡选代当使用棱边单元列式时，在缺省情况下，ANSYS 程序先估算待分析区域所有单元和节点。估算时，把不需要的自由度值设 置为零，使计算更快进行： 命令：GAUGE GVI:Main Menu &Solution&Load Step Opts Cmagnetics &COptions Only CGauging使用棱边单元做电磁分析必须要求估算，因此，在大多数情况下，不要关闭自动估算。 用下面的命令进行两步求解： 命令：MAGSOLV(设置 OPT 域为 0) GUI:Main Menu&-Solution&-Solve-Electromagnet&-Static Analysis-Opt&Solv 17. 退出 SOLUTION 处理器。 命令：FINISH GUI:Main Menu&Finish 18．进行后处理，观察结果（后面介绍）。 19．用 LMATRIX 宏命令计算线圈系统的微分电感矩阵和总的磁链: 命令：LMATRIX GUI：Main Menu&Solution&-Solve-Electromagnet&-Static Analysis-Induct Matrix 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。6.5 观察结果ANSYS 和 ANSYS/Emag 程序将静态分析数据结果记入 Jobname.RMG 文件中，将动态分析数据结果记入 Jobname.RST 文件中。 数据有二类： ?主数据：磁场自由度（AZ,VOLT） ?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,Z 分量和 SUM） ?单元总电流密度（JTX,JTY,JTZ） ?单位体积生成的焦耳热（JHEAT） ?单元磁能（SENE）（仅对线性材料才有效） 等等。 关于更多的可利用的数据，参见《ANSYS 单元手册》。 可以进入通用后处理器（POST1）中观察结果。按照如下方式： 命令：/POST1 GUI: Main Menu&General Postproc 6.5.1 读入结果数据： 3D 单元边静态磁场分析与 2D 静态磁场分析的后处理基本一致。关于后处理的相关信息参见第 2 章“2D 静态磁场分析”。 后处理常用命令的总结见“3D 时谐磁场分析（棱边元方法）”的“观察结果”一节。 6.5.1.1 磁力线 用通量密度的矢量显示模式观察磁力线路径。 6.5.1.2 等值线显示、矢量显示、列表显示和磁力 参见第 2 章“2D 静态磁场分析” 6.5.1.3 带电粒子跟踪显示 在《ANSYS 基本过程手册》的“通用后处理器（POST1）”和“建立几何结果显示”的相关论述中有关于带电粒子跟踪显示 的介绍。关于理论细节参见《ANSYS 理论手册》第 5 章。6.5.1.4 计算其他感兴趣的项目 从后处理可用的数据库中，还可以计算其他感兴趣的项目（如全局磁力、力矩、源的输入能量、电感、磁力线连接和终端 电压）。ANSYS 程序设置下列宏来进行这些计算： ?SENERGY 宏计算电磁场中的储能 ?FMAGBC 宏对单元部件施加力边界条件 ?FMAGSUM 对单元部件上计算出的力求和 ?MMF 宏计算沿一路径的磁动势 ?PMGTRAN 宏显示瞬态电磁场的概要信息. ?POWERH 宏计算导体的均方根（RMS）能耗 想了解更多的宏，请参见第 11 章“电磁场宏命令”。6.6 算例----用棱边元方法计算电机沟槽中的磁场分布（GUI）6.6.1 问题的描述： 本例题计算电机沟槽在确定电流作用下的磁场、储能、焦耳热损耗和受力等。问题的分析区域和沟槽导体模型分别如图 1 和图 2 所示：本算 例所用到的参数是：几何特性 l=0.3m d=0.1m w=0.01m6.6.2 分析材料特性 mr=1.00 r=1E-8W?m载荷 I=1000Amps假定沟槽顶部和底部的铁材料都是理想的，可加磁力线垂直条件，这无需说明，程序自动满足。 在位于 x=d, z=0 和 z=1 的开放面上，加磁力线平行边界条件，这无法自动满足，需要说明面上的边通量自由度为常 数，通常使之为零。 使用 MKS 单位制。（缺省值） 6.6.3 目标值体积：Vt =d×w×l = 3e-4 磁场：Hy = i/w x/d = 1e5 x/d A/m磁通：By = mrm0 H = 4e-2 pi x/d T电流密度：Jz 焦耳热损耗：JLOSS= 3.00 W 总的受力：Fx = -∫JzdV = -18.85 N 能量：SENE = .622 J 6.6.4 GUI 实现过程 步骤 1：开始分析= i/ (d w) = 1e6 A/1.选择 Utility Menu&File&Change Title，出现改变题目对话框。 2.输入＂DC current in a slot＂，然后回车。 3.选择 Main Menu&Preferences，出现菜单过滤对话框。 4.选择＂Electromagnetic＂下的 Magnetic-Edge，按 OK。 步骤 2：定义模型参数1.选择 Utility Menu&Parameters&Scalar Parameters，出现标量参数对话框。 2.输入下列参数：l=0.3 d=0.1 w=0.01 i=1000 mur=13. 参数输入完后，按 Close。 步骤 3：定义单元类型和材料参数rho=1.0e-8 ndiv=5 jx=0 jy=0 jz=i/d/w1.选择 Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete，出现单元类型对话框。 2.按 Add，出现单元类型库对话框。 3.点亮 Brick117，再按 OK，单元类型对话框中列出单元类型 1 为 SOLID117。 4.按 Close，关闭对话框。 5.选择 Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models，出现性材料特性定义对话框。 6.顺序双击 Electromagnetics, Relative Permeability, Constant。 7.在＂Relative permeability(MURX)＂域中输入 mur，并点取 OK。 8.顺序双击 Resistivity, Constant 9.在＂Electrical resistivity(RSVX)＂域中输入 rho，并点取 OK。 10.选择 Material&Exit 11.在 ANSYS 工具栏中点取 SAVE_DB。 步骤 4：建立模型并划分网格 1.选择 Main Menu&Preprocessor&Create&-Volumes-Block&By Dimensions，出现创建立方体（根据尺寸）对话框。 2.输入下列各值： X10X2d Y10Y2w Z10Z21 3. 按 OK，一个矩形立方体出现在图形窗口中。 4. 选择 Utility Menu&Select&Entities，出现选择实体拾取菜单。 5. 将＂Nodes＂按钮改为＂Lines＂。 6. 将＂By Num/Pick＂按钮改为＂By Location＂。 7. 点选择 X 坐标按钮。 8. 在＂Min, Max＂域中输入 d/2。 9. 按 OK。 10. 选择 Main Menu&Preprocessor&-Meshing-&Size Cntrls&-Lines-All Lines，出现可以为所有选择的线控制划分单元 尺寸的对话框。 11. 在＂No. Of element divisions＂域中输入 ndiv。 12. 按 OK。 13. 选择 Utility Menu&Select&Entities，出现选择实体对话框。 14. 按 Sele All 按钮，再按 CANCEL。 15. 选择 Main Menu&Preprocessor&-Meshing-&Size Cntrls&-Manual Size--Global-&Size，出现全局单元尺寸控制对话 框。 16. 在＂NDIV＂域中输入 1，再按 OK。 17. 选择 Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volumes-Mapped&4 to 6 Sided，出现划分体拾取菜单。 18. 按 Pick All，网格开始划分。19. 选择 Main Menu&Finish。 步骤 5：加边界条件及载荷 1.选择 Main Menu&Solution。 2.选择 Utility Menu&Select&Entities，出现选择实体对话框。 3.将顶部的按钮设置为＂Areas＂。 4.将接下来的按钮设置为＂By Location＂。 5.点选择 X 坐标按钮。 6.在＂Min, Max＂域中输入 d。 7.按 OK。 8.选择 Utility Menu&Select&Entities，出现选择实体拾取菜单。 9.将顶部的按钮设置为＂Areas＂，再将接下来的按钮设置为＂By Location＂。 10.点选择 Z 坐标按钮，再点 Also Sele 按钮。 11.在＂Min, Max＂域中输入 0。 12.按 OK。 13.重复步骤 8 到 10。 14.在＂Min, Max＂域中输入 1。 15.按 OK。 16.选择 Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Magnetic-Boundary&-Flux Par&l-On Areas，出现加磁力线平行边界条件拾 取菜单。 17.按 Pick All。 18.选择 Utility Menu&Select&Everything。 19.选择 Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Magnetic-Excitation&-Curr Density-On Elements，出现出现给单元加电 流密度拾取菜单，点 Pick All，出现给单元加电流密度对话框。 20.输入下列各值： VAL1 域 jx VAL2 域 jyVAL3 域 jz 21.按 OK。 22.在 ANSYS 工具栏中点取 SAVE_DB 步骤 6：求解 1.选择 Main Menu&Solution&-Solve-&Electromagnet&-Static Analysis-Opt&Solv，再按 OK。 2.选择 Main Menu&Finish。 步骤 7：对分析结果进行列表 1.选择 Utility Menu&List&Loads&Body Loads&On All Elements，窗口中列出所有的单元电流密度数据,阅读完毕后点取 Close。 2.选择 Main Menu&General Postproc&List Results&Element Solution，窗口中列出单元解数据选择对话框。 3.选择＂Flux and gradient＂和＂All mag field H＂。 4.按 OK，窗口中列出单元角节点处的磁场强度,阅读完毕后点取 Close。 5.重复步骤 2 到 4，只是选择＂All Flux Dens B＂，而不是＂All mag field H＂，窗口中列出角节点的磁通量密度数据, 阅读完毕后点取 Close。 6.重复步骤 2 到 4，只是选择＂Current Density＂，窗口中列出单元形心处的电流密度,阅读完毕后点取 Close。 7.重复步骤 2 到 4，只是选择＂Energy＂和＂Joule heat JHEAT＂，窗口中列出单元内单位体积的焦耳热,阅读完毕后点取 Close。8.重复步骤 2 到 4，只是选择＂Nodal force data＂和＂All magForc FMAG＂，窗口中列出单元角节点处的磁力,阅读完毕 后点取 Close。 步骤 8：对分析结果进行绘图 1.选择 Utility Menu&PlotCtrls&Redirect Plots&to Screen。 2.选择 Utility Menu&PlotCtrls&View Settings&Viewing Direction，出现控制视线方向对话框。 3.输入下列各值： XV 域 YV 域 0.4 ZV 域 0.5 14. 按 OK，图形窗口中的图改变了视线方向。 5. 选择 Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Nodal Solution，点 HSUM 项，然后点 OK，画出总的电场强度。 6. 选择 Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Nodal Solution，点 BSUM 项，然后点 OK，画出总的电通量密度。 7. 选择 Utility Menu&Plot&Results&Vector Plot，出现矢量画图对话框。 8. 设置＂Loc＂域为＂Elem Nodes＂。 9. 设置＂Edge Element edges＂域为＂Displayed＂。 10. 按 OK。 11. 选择 Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table，出现单元表数据对话框。 12. 按 Add，出现定义其他单元表项对话框。 13. 设置＂Lab＂域为 FX。 14. 在＂Item,Comp Results＂卷轴区中点＂Nodal force data＂和＂Mag force FMAGX＂。 15. 按 OK。 16. 重复步骤 12 到 15，只是在＂Lab＂域中选择 JHEAT，在卷轴区中点＂Joule heat＂和＂Joule heat JHEAT＂。 17. 重复步骤 12 到 15，只是在＂Lab＂域中选择 VOL，在卷轴区中点＂Geometry＂和＂Elem Volume VOLU＂。 18. 重复步骤 12 到 15，只是在＂Lab＂域中选择 SENE，在卷轴区中点＂Energy＂和＂Elec energy SENE＂。 19. 点取 Element Table Data 对话框的 Close。 20. 选择 Main Menu&General Postproc&Element Table&Multiply，出现对单元表项作乘积运算对话框。 21. 在＂LabR User label for result＂域输入 JLOSS。 22. 在＂LAB1＂域输入 JHEAT。 23. 在＂LAB2＂域输入 VOL，再按 OK。 24. 选择 Main Menu&General Postproc&Element Table&Sum of Each Item，出现对单元表项求和运算对话框。 25. 按 OK，窗口中显示出用焦耳热乘以体积计算出来的总的焦耳热损耗,阅读完毕后点取 Close。 步骤 9：结束分析 选择 Main Menu&Finish。 6.7 命令流实现： /BATCH,LIST /TITLE, DC Current in a Slot !The /TITLE command defines the title !on the output file ! /NOPR !Turn off command echo printing ! l=0.3! length d=0.1! depth otherwise your output file will be large. of a problem. The title is printedand graphics plots pertinent to the problem.w=0.01! width i=1000! current mur=1! relative magnetic permeability rho=1.0e-8! electric resistivity (required for Joule loss) n=5! ! ! *** Derived parameters ! jx=0! x,y,z refer to component jy=0 jz=i/d/w ! ! *** Create Model ! /PREP7! Enter ANSYS preprocessor to define problem ! ET,1,117! Element type !Element #1 is a magnetic edge element, 117. number of divisions through the slot depthtypes are used to describe the physical!features of various domains. A more complicated !problem can !one in have many element types. (We use onlythis example.) An element type is referenced number. The ET command selects a type!by its type !from !of !ANSYS element library. The library id number the 3D magnetic edge element is 117.MP,MURX,1,mur! Define relative permeability of material #1. !A studied region may have many media. (Here only 1) !Each material is identified by its material number.!The MP command connects requested material property !features to the selected material. MURX is a label!to describe relative permeability. ! MP,RSVX,1,rho! Define electric resistivity of material #1. !RSVX label is used for electric resistivity. ! BLOCK,0,d,0,w,0,l! Define rectangular block (brick) volume region, !0&x&d, 0&y&w, 0&1&l. ANSYS has several other !primitives to describe simple geometries. ! LSEL,S,LOC,X,d/2! Select lines to specify the number of elements!along the edge of the line.In this problem the !field varies along the slot depth (x-direction) ! LESIZE,ALL,,,n! Divide the lines along the slot depth for meshing!! Using a parameter !easily go back and !(n) for the meshing allows you to modify the meshing in a future run.LSEL,ALL! Select all lines.This is necessary for continuation !! of ! ESIZE,,1! Solid volume are subdivided into elements by meshing. the problem where operations may involve lines!The ESIZE command prepares meshing by specifying !the number of !should be parts the lines of the solid modelsubdivided that were not specified by the!LESIZE command. Here we selected one. ! VMESH,ALL! Mesh solid !In general volumes. Here we have only one volume.many volumes can be meshed with VMESH.!The created elements inherit the actual !type and material number. In our case the actual !element type is #1, which in turn is library!element, 117, the m its !medium is characterized by material #1 which!in turn has relative permeability, mur, and !electric resistivity, rho. ! ! FINISH! finish preprocessing ! /SOLU! Enter ANSYS solution processing !Assemble and solve equation system for the DOFs !We prescribe boundary conditions and loads here !but you can ! ! *** Apply Flux-parallel boundary condition ! ASEL,S,LOC,X,d! Select areas !The first at the opening of the slot, x=d provide them in /PREP7 if you wish.step in constraining is to select areas!where the boundary condition apply. ANSYS provides !several other !to ways for selection. A in ASEL refersareas (elements, volumes etc. can be selected.) select from all areas. There are ways!ASEL,S means !tounselect, reselect, etc. LOC defines the criterion in this case the location. You could!of selection -!select, for example, according to area numbers. !LOC,X completes the criterion by specifying the !coordinate. The number/parameter in the next slot !is the value, d in our case, for the criterion.! ASEL,A,LOC,Z,0! Add ASEL,A,LOC,Z,l! Add ! DA,ALL,AZ,0! Apply a zero constraint on selected areas to specify a areas at Z=0 to the selected set. areas at Z=l to the selected set.!flux-parallel condition. This means that !the pertinent DOFs are no longer unknowns. Their the DA command. ALL means the command!value is set by !applies toall selected nodes. You could apply it area. AZ tells which DOF the constraint!to a specific!applies. At solution time, the boundary conditions !are transferred from the solid model to the nodes of allows many DOFs for a node.!the underlying mesh. ANSYS !The magnetic edgeelement has AZ at side nodes and The number in the next slot,!VOLT at the corner nodes. !0 ! ASEL,ALL! Select all areas. ! ! ! BFE,ALL,JS,,jx,jy,jz ! ! ! *** solve equation ! SOLVE!in our case, is the specified value.*** prescribe current density - body loadapply current density on all selected elementsWith the created model, prescribed loads and!constraints, ANSYS assembles and solves an !equation system. The solution is carried out !by frontal-solver technique as a default. You can!apply conjugate gradient or sparse solvers, too, !but how is not discussed here. ! FINI! Finish solution processing ! ! *** Extract solution ! /POST1! ! BFELIST! ! ! ! PRESOL,H! print magnetic /COM field at the corner nodes of elements List applied body loads of the model Enter ANSYS postprocessor to extract solution data! PRESOL,B! print flux /COM ! /COM ! PRESOL,JT! print current density at element centroids /COM ! PRESOL,JHEAT! /COM ! PRESOL,FMAG! print magnetic ! ! /VIEW,1,1,.4,.5! change the viewing angle for displays /COM PLNSOL,H,SUM! Plot the H field.Data from the elements are averaged !at the nodes for display purposes.For multiple materials, !averaging does not occur across material discontinuities if force at the corner nodes of elements print Joule heat per volume in elements density at the corner nodes of elements!powergraphics is active (default). /COM PLNSOL,B,SUM! Display the flux density, B (magnitude) /COM PLVECT,H,,,,VECT,NODE,ON! Display as !nodes of the model /COM ETABLE,fe,FMAG,X! Use !data in !data in the element table (ETABLE) option to store a vector the field intensity, H ata table for calculation purposes or print a table format. Element table is convenient to sum data over the elements for!when you need !quantitiessuch as energy, Joule losses, and forces.!Here the x component of element magnetic forces (FMAG) !are stored in table item, fe. ! ETABLE,hy,H,y! Store the !table item, hy. ! ETABLE,by,B,y! Store the !table item, by. ! ETABLE,jz,JT,z! Store the z component of the current density in !table item, jz. ! y component of the flux density in y component of the magnetic field inETABLE,pd,JHEAT! Storethe Joule heat rate per unit volume!(power density) in table item, pd. ! ETABLE,ve,VOLU! Store ! ETABLE,we,SENE! Store the element magnetic energy (SENE) in table the element volume in table item, ve.!item, we. This option is valid for !linear material regions (constant permeability). ! SMULT,pe,pd,ve! Use the !rate by !and SMULT command to multiply the Joule heatthe volume (average power), table items pdve, respectively, in order to calculate total!losses, stored in table item, pe. ! PRETAB,ve,by,hy,we! Print element table items, ve,by,hy,we ! PRETAB,ve,jz,jh,pe! Print element table items, ve,jz,jh,pe ! PRETAB,ve,jz,by,fe! Print element table items, ve,jz,by,fe ! SSUM! Sum the entries in the element table for the currently!! selected elements.This provides a summed quantity !! over the problem ! *GET,ft,SSUM,,ITEM,fe! Obtain !operation of !the (*GET) the result of the summation (SSUM) domain for the element table items.element table item, fe, and store theresult in parameter variable, ft. (Same symbol!can be used (but not necessary to) as table item and !parameter variable.) The *GET command can be used!to ask questions about ANSYS. You can ask, for example, !the number of nodes, elements, etc., the computed a given node... Here parameter, ft, stores forces acting over the assembly of elements. time, table item, fe, stores the forces!potential at !the sum of !At the same!acting on individual elements. ! *GET,wt,SSUM,,ITEM,we! Obtain the total energy and store in parameter, wt. ! *GET,pt,SSUM,,ITEM,pe! Obtain the total power and store in parameter, pt. ! *GET,vt,SSUM,,ITEM,ve! Obtain the total volume and store in parameter, vt. ! *VWRITE,vt,ft,wt,pt! print parameters, vt, ft, wt and pt in a FORTRAN format(/&volume=&,e10.3,& force=&,e10.3,& energy=&,e10.3,& loss=&,e10.3/)! FINISH! Exit post processor ! ! *** advanced part: coupling ! !Up to this point magnetics was considered only. how the results of a magnetic analysis!It is demonstrated below, !can be !passed to subsequent thermal and/or structural analyses.! *** couple with thermal analysis ! /PREP7! enter preprocessor !nodes and elements defined in the magnetic analysis!are used for the thermal analysis ! ET,1,90! change element type !element to a thermal element ! LDREAD,HGEN,,,,,,rmg ! Read heat !of ! BFELIST,ALL,HGEN! List heat generation (HGEN) element body loads !Compare the ! FINI! Exit preprocessor !From this point ! ! *** couple with structural analysis ! /PREP7! enter preprocessor !nodes and elements defined in the magnetic analysis on follow steps of a thermal analysis list with the element Joule power loss generation (HGEN) load from the result file, #1, which used to be a magneticthe magnetic analysis which defaults to Jobname.rmg!are used for the structural analysis ! ET,1,45! change element type #1, which used to be a magnetic!element to a structural element ! LDREAD,FORC,,,,,,rmg ! Read nodal force (FORCE) load from the result file, !of ! FLIST! List nodal forces !Compare the list with the element nodal magnetic force the magnetic analysis which defaults to Jobname.rmg!(FMAG) printout. Note that a nodal force for the !structural analysis is the sum of nodal magnetic forces!over elements adjacent to the pertinent node.! FINI! Exit preprocessor !From this point on follow steps of a structural analysis第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元方法） 7.1 用棱边元方法进行谐波分析3-D 谐波磁场分析（棱边元方法）与静态分析的特点基本相同，但前者只支持线性材料特性分析。电阻和相对磁导率可以 是正交各向异性，也可以与温度相关。谐波分析仍使用 SOLID117 单元。 详见《ANSYS 单元手册》和《ANSYS 理论手册》。7.1.1 物理模型区域的设置和特性ANSYS 程序提供了几个选择用于处理 3-D 磁场分析中的不同的终端条件，以下图示导体的不同的终端条件：DOFs: AZ, VOLT 载流块 材料特性：mr(MURX), r(RSVX) 导体 特殊特性：耦合 VOLT 自由度，给单个节点加总电流(F,,amps)。 注：带有净电流的短路条件，净电流不受环境影响。 DOFs: AZ, VOLT 开路导 材料特性：mr(MURX), r(RSVX) 体 注：对对称性结构，令一面的 VOLT=0，再耦合另一面的节点。对 3-D 结构，令一个节点的 VOLT=0。载流绞线 圈DOFs: AX, AY, AZ 材料特性：mR(MURX) 特殊特性：没有涡流，可以加源电流密度, JS。 DOFs: AZ, VOLT短路导体 材料特性：mr(MURX), r(RSVX) 注：令导体对称面上的 VOLT=0。 叠层铁芯 空气 自由度：AZ 材料性质：μr（MURX） 自由度：AZ 材料性质：μr（MURX）运动导体 （速度效 应）7.1.2 速度效应可用 SOLID117 单元模拟恒速运动导体的速度效应， 关于运动导体 详情，见本章和第 2 章在交流（AC）激励下，运动导体的某些特殊情况是可以求解电磁场的。速度效应在静态、谐波和瞬态分析中都有效。第 2 章“二维静态磁场分析”中讨论了运动导体分析的应用情况和限制条件。 对于 3D 问题，设置单元 KEYOPT 选项和实常数的过程相似于 2D 谐波分析。在谐波分析中，所加速度为常数，不作正弦变 化（线圈或场激励为正弦变化），且垂直于运动方向的运动体截面应保持常数。 通过设置单元的 KEYOPT（2）=1 来激活速度效应，带运动导体的 3D 谐波分析同样需要运动导体区域具有时间积分电势自 由度（VOLT），这通过设置单元的 KEYOPT（1）=1（AZ 和 VOLT 自由度）来实现。 运动导体分析中能设置的实常数如下表所示：VELOX，VELOY， VELOZ OMEGAZ总体笛卡儿坐标系下的 X、Y、Z 三个方向的速度分量OMEGAX，OMEGAY， 总体笛卡儿坐标系下的 X、Y、Z 三个方向的角速度分量 （单 位为 HZ），旋转中心由 XLOC，YLOC 和 ZLOC 确定 XLOC， YLOC， ZLOC 旋转中心的总体笛卡儿坐标系的坐标值分量可用谐波分析来仿真静场激励下的运动导体，为了表示静场，需将谐波的频率设置得很低，通常，谐波频率小于 0.0001HZ 就能产生准静态解，准静态解的结果是存放在实部里的。如果使用波前法求解，谐波的频率可以低到 10 HZ，而对于迭代解法， 过低的频率会导致求解不收敛。-87.2 3-D 谐波磁场分析（棱边元方法）的步骤1.在 GUI 菜单过滤中选定 Magnetic-Edge 项 2.定义任务名和题目 命令：/FILNAME 和/TITLE GUI:Utility Menu&File&Change Jobname Utility Menu&File&Change Title 3.进入 ANSYS 前处理器 命令：/PREP7 GUI:Main Menu&Preprocessor 4.选择 SOLID117 单元 命令：ET,,solid117 GUI: Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete 5.选择 SOLID117 单元选项 对导电区用 AZ-VOLT 自由度，对不导电区用 AZ 自由度． 命令：KEYOPT GUI:Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete 6.定义材料特性 对涡流区必须说明电阻值 RSVX，其它详见“二维静态磁场分析”一章 7.建立模型 对建立几何模型和划分网格的描述，详见“ANSYS 建模与分网指南” 8.赋予特性 命令：VATT GUI: Main menu&Preprocessor&-Attributes-Define9.划分网格（用 Mapped 网格） 命令：VMESH GUI:Main Menu&Preprocessor&-Meshing-Mesh&-Volumes-Mapped 10.进入求解器 命令：/SOLU GUI:Main Menu&Solution 11.给模型边界加磁力线平行和磁力线垂直边界条件 命令：DA GUI:Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Magnetic-Boundary 用 AZ=0 来模拟磁力线平行边界条件，磁力线垂直边界条件自然发生，无需说明。 12.加电流密度载荷 命令：BFE,js GUI:Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Magnetic-Excitation 除了加电流密度载荷外，还可以给一个块导体加总电流： 命令：F,,amps GUI:Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Electric-Excitation&-Impressed Current-&On Nodes 注：在加总电流之前需耦合节点 VOLT 自由度。 13.选择谐波分析类型和工作频率 命令：ANTYPE,harmic,new GUI:Main Menu&Solution&New Analysis&Harmonic 命令：HARFRQ GUI:Main Menu&Solution&-Load Step Opts-Time/Frequenc&Freq and Substps. 14.选择求解器(推荐使用 Frontal 或 ICCG 求解器） 命令：EQSLV GUI:Main menu&Solution&Analysis Options 15.选择载荷步选项 16.求解 命令：SOLVE(设置 OPT 域为 0) GUI:Main Menu&Solution&－Solve-Current LS 当使用棱边单元方程时，在缺省情况下，ANSYS 程序先自动估算整个选择了单元和节点的计算区域。此时通过把自由度的 值设置为零来去掉不需要的自由度；这使 ANSYS 能更块地进行解算： 命令：GAUGE GVI:Main Menu &Solution&Load Step Opts Cmagnetics &COptions Only CGauging使用棱边单元做电磁分析必须要求估算，因此，在大多数情况下，不要关闭自动估算。 17.退出 SOLUTION 处理器 命令：FINISH GUI:Main Menu&Finish 18.按照如下过程进行后处理 7.3 观察结果 ANSYS 和 ANSYS/Emag 程序将棱边元方法谐波磁场分析的数据结果写入到 Jobname.RMG（若选择了时间积分电势（VOLT）选 项，则写入到 Jobname.RST）文件中。由于谐波分析的很多结果数据是以工作频率 w 呈谐波变化的，计算结果与输入载荷有相位 差（即滞后于输入载荷），所以要写成实部和虚部两部分（可以通过实部解乘以 cos(wt)再减去虚部解乘以 sin(wt)求模，模是 可测量的量）。参看《ANSYS 理论手册》结果数据包括： 主数据：节点自由度（AZ,VOLT） 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） ?节点洛仑兹磁力（FMAG: X,Y,Z 分量和 SUM） ?单元总电流密度（JTX,JTY,JTZ） ?单位体积生成的焦耳热（JHEAT） ?单元磁能 在后处理磁场分析的结果时，在 POST1 通用后处理器中可观察整个模型在给定频率处的响应解；在 POST26 时间历程后处 理器中可观察在一个频率范围内某节点或单元的响应解，但在谐波分析中，频率是固定值，所以通常只有 POST1 来观看数据。 按照如下方式选择后处理器： 命令：/POST1, /POST26 GUI: Main Menu&General Postproc Main Menu&TimeHist Postpro 7.3.1 常用的后处理命令及相应的 GUI。（见下表）任务 选择实部解 选择虚部解 列出边通量自由度 AZ5命令 SET,1,1,,0 SET,1,1,,1 PRNSOL,AZ PRNSOL,VOLT PRVECT,B PRVECT,H PRVECT,JT2、GUI 路径 Main Menu&General Postproc&List Results&Results Summary Main Menu&General Postproc&List Results&Results Summary Main Menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data Main Menu&General Postproc&List列出时间积分电势 （VOLT） 通量密度 场强度5列出角节点处的磁1、5列出角节点处的磁1、5列出单元形心处总 电流密度6 5列出角节点处的力 列出单元节点上的 边通量密度 磁场强度5 5PRVECT,FMAG PRESOL,B PRESOL,H PRESOL,JT列出单元节点上的 列出单元形心处的 总电流密度5列出单元节点力 2、6 PRESOL,FMAG 列出磁能 3、5 PRESOL,SENEResults&Vector Data 列出焦耳热密度 4、6 PRESOL,JHEAT 创建单元中心磁通 密度 5 的 X 分量单元 表 (Y、Z 和 SUM 分量类 似) 创建单元中心磁场 强度 5 的 X 分量单元 表 (Y、Z 和 SUM 分量类 似) 创建焦耳热密度的 单元表 4、6 创建单元中心电流 密度 5 的 X 分量单元 表 (Y、Z 和 SUM 分量类 似) 创建单元磁力 2、6 的 X 分量单元表 (Y、Z 和 SUM 分量类 似) 创建单元贮存磁能 的单元表 3 列出选定的单元表 项 ETABLE,LAB,SENE Main Menu&General ETABLE,LAB,FMAG,X Postproc&Element Table&Define Table Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table Main PRETAB,LAB,1,… Menu&General Postproc&List Results&Elem Table Data ETABLE,LAB,JT,X Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table Main Menu&General ETABLE,LAB,JHEAT Postproc&Element Table&Define Table ETABLE,LAB,H,X Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table ETABLE,LAB,B,X Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table Main Menu&General Postproc&List Results&Vector Data注：1、节点处的导出数据是周围单元解的平均值。 2、对于单元解，力是整个单元上的合力，但分布在单元节点上，以便于进行耦合分析。 3、能量是对所有单元求和的结果。 4、乘以单元体积，可得到能量损失。 5、对于时谐分析，其值为瞬态解(实部/虚部, 对应 ωt = 0 和 ωt = -90) 6、均方根值: 实部和虚部的平方和再开方 注意：关于更多的注释信息，参见《ANSYS 理论手册》。 ETABLE 命令方便用户查看一些不常用的选项。SOLID117 单元的各种选项讨论参见《ANSYS 单元手册》。 对于这些选项都可以图形化输出，把以上命令的“PR”替换成“PL”即可。（比如用 PLNSOL 代替 PRNSOL）。此命令替换成的 命令或者 GUI 路径： UtilityMenu&Plot&Results&ContourPlot&NodalPRNSOL PLNSOLSolution PRVECT PLVECT PRESOL PLESOL PRETAB PLETAB Utility Menu&Plot&Results&Vector Plot UtilityMenu&Plot&Results&Contour Plot&Elem Solution Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Elem Table Data还可以画出单元表的各个项目。参见《ANSYS 基本过程手册》。 《ANSYS APDL 手册》中还有相应的方便后处理的一些命令和宏。 下面 “从结果文件中读数据” 讨论了一些时谐分析后处理中的一些典型操作。 详细的操作参见《ANSYS 基本过程手册》 。7.3.2 从结果文件中读数据要在后处理器 POST1 中观察结果，必须保证求解后的模型还在 ANSYS 数据库中，而且结果文件（Jobname.RMG 或 Jobname.RST）也必须可用。 时谐分析的结果文件是复数，由实部和虚部组成。用下列方式读入数据： 命令：SET GUI: Utility Menu&List&Results&Load Step Summary 求实部和虚部的平方和之平方根得到结果的幅值，这可以通过载荷工况运算完成。 7.3.2.1 画等值线 等值线几乎可以显示任何结果数据（如磁通密度，磁场强度，总电流密度（JTZ））。 命令：PLNSOLPLESOLGUI:Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Elem Solution Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Nodal Solution 注意：PLNSOL 命令及其等效路径画导出数据（如磁通密度和磁场强度）的等值线时，显示的是在节点上作平均后的数据。 确认不要对跨越材料边界的数据进行平均，使用下列办法： 命令：AVRES,2 GUI: Main Menu&General Postproc&Options for Outp 7.3.2.2 列表显示 在列表显示之前，可先对结果进行按节点或按单元排序： 命令：ESORT，NSORT GUI:Main Menu&General Postproc&List Results&Sort Nodes Main Menu&General Postproc&List Results&Sort Elems 然后再进行列表显示： 命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOL GUI:Main Menu&General Postproc&List Results&Element Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Reaction Solu 7.3.2.3 计算其他感兴趣的项目 从后处理可用的数据库中，还可以计算其他感兴趣的项目（如全局磁力、力矩、源的输入能量、电感、磁链和终端电压）。 ANSYS 程序设置下列宏来进行这些计算： ?MMF 宏计算沿一路径的磁动势 ?POWERH 宏计算导体的均方根（RMS）能耗想了解更多的宏，请参见第 11 章“电磁宏”。 7.3.2.4 求时间平均洛仑兹力 谐波分析中导体受到的洛仑兹力是按实部和虚部的方式分别存贮的，可如下计算导体任何区域所受到的时间平均洛仑兹 力： esel,s,...! Select elements to calculate force set,1,1! Store real solution etable,fxr,fmag,x! Store real part of rms forces etable,fyr,fmag,y etable,fzr,fmag,z set,1,1,,1! Store imaginary solution etable,fxi,fmag,x! Store imaginary part of rms forces etable,fyi,fmag,y etable,fzi,fmag,z sadd,fxrms,fxr,fxi! Calculate time-average components sadd,fyrms,fyr,fyi sadd,fzrms,fzr,fzi ssum! Sum over all selected elements *get,fxrms,ssum,,item,fxrms!Retrieve forces as scalar parameters *get,fyrms,ssum,,item,fyrms *get,fzrms,ssum,,item,fzrms7.4 算例：用棱边元方法计算电机沟槽中的磁场分布7.4.1 问题的描述： 本例题计算电机沟槽中的磁场分布：在交流情况下，计算磁场、能量，焦耳热损耗和受力。问题的分析区域和沟槽导体模 型分别如图 2 和图 3 所示。 7.4.2 本算例所用到的参数：几何特性 l=0.3m d=0.1m W=0.01m为 A，分析频率为 3Hz。 7.4.3 目标结果： 时间平均力 FXms=-46.89N 时间平均焦耳热 PAVG=25.9W材料特性 mr=1.00 r=1E-8W?m i=载荷 =amps(K) Freq=3Hz上表给出了电机的几何形状、导体的电导率和磁导率等参数，导体中的电流为 2236A，相位角为 26.57°(对应的复数形式假定沟槽顶部和底部的铁材料都是理想的，可加磁力线垂直条件，这无需说明，程序自动满足。 在位于 x=d, z=0 和 z=1 的开放面上，加磁力线平行边界条件，这无法自动满足，需要说明面上的边通量自由度为常 数，通常使之为零。本算例采用 MKS 单位制。 !There is still one extra DOF, i.e. the master DOF as an !extra unknown compared to the number of equations. The missing current of the bar in the slot!condition is that the total !is given. Since J = - j !current is related !integratedomega [A + grad V], the impressedto the normal component of the timescalar potential, V. The impressed current can command. Whereas a D command is used value of DOFs, the F command describes (Historically D and F stand for!be prescribed by an F !to s