ANSYS14.0电磁学有限元分析从入门到精通(ANSYS工程应用系列丛书)-作者:张红松 胡仁喜-广购书城
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ANSYS14.0电磁学有限元分析从入门到精通(ANSYS工程应用系列丛书)
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《ANSYS14.0电磁学有限元分析从入门到精通(ANSYS工程应用系列丛书)》内容简介
　　《ANSYS14.0电磁学有限元分析从入门到精通》内容包括：电磁场限元分析概述；电磁场基本理论；麦克斯韦方程；一般形式的电磁场微分方程；电磁场中常见边界条件；ANSYS电磁场分析对象；标量位、矢量位、棱边单元方法的比较；磁标量位方法；磁矢量位方法；棱边单元方法；电磁场单元概述；电磁宏；电磁宏使用范围等。
《ANSYS14.0电磁学有限元分析从入门到精通(ANSYS工程应用系列丛书)》目录
前言第1章电磁场限元分析概述1.1电磁场基本理论1.1.1麦克斯韦方程1.1.2一般形式的电磁场微分方程1.1.3电磁场中常见边界条件1.2ANSYS电磁场分析对象1.3标量位、矢量位、棱边单元方法的比较1.3.1磁标量位方法1.3.2磁矢量位方法1.3.3棱边单元方法1.4电磁场单元概述1.5电磁宏1.5.1电磁宏使用范围1.5.2电磁宏分类1.6远场单元及远场单元的使用1.6.1远场单元1.6.2使用远场单元的注意事项第2章二维静态磁场分析2.1二维静态磁场分析中要用到的单元2.2静态磁场分析的步骤2.2.1创建物理环境2.2.2建模、指定特性、分网2.2.3施加边界条件和载荷2.2.4求解2.2.5后处理（查看计算结果）2.3实例1——二维螺线管制动器内静态磁场的分析2.3.1问题描述2.3.2GUI操作方法2.3.3命令流实现2.4实例2——载流导体的电磁力分析2.4.1问题描述2.4.2GUI操作方法2.4.3命令流实现第3章二维谐波磁场分析3.1二维谐波磁场分析中要用到的单元3.2二维谐波磁场分析的步骤3.2.1创建物理环境3.2.2建立模型，赋予特性，划分网格3.2.3加边界条件和励磁载荷3.2.4求解3.2.5观察结果3.3实例1——二维自由空间线圈的谐波磁场的分析3.3.1问题描述3.3.2GUI操作方法3.3.3命令流实现3.4实例2——二维非线性谐波分析3.4.1问题描述3.4.2GUI操作方法3.4.3命令流实现第4章二维瞬态磁场分析4.1二维瞬态磁场分析中要用到的单元4.2二维瞬态磁场分析的步骤4.2.1创建物理环境4.2.2建立模型、赋予属性、划分网格4.2.3施加边界条件和励磁载荷4.2.4求解4.2.5观察结果4.3实例1——二维螺线管制动器内瞬态磁场的分析4.3.1问题描述4.3.2GUI操作方法4.3.3命令流实现4.4实例2——带缝导体瞬态分析4.4.1问题描述4.4.2GUI操作方法4.4.3命令流实现第5章三维静态磁场棱边单元法分析5.1单元边方法中用到的单元5.2用棱边单元方法进行静态分析的步骤5.2.1创建物理环境、建模分网、加边界条件和载荷5.2.2求解5.2.3后处理5.3实例——计算电动机沟槽中的静态磁场分布5.3.1问题描述5.3.2GUI操作方法5.3.3命令流实现第6章三维静态磁场标量法分析6.1三维静态磁场标量法分析中要用到的单元6.2用标量法进行三维静态磁场分析的步骤6.2.1创建物理环境6.2.2建立模型6.2.3施加边界条件和励磁载荷6.2.4求解6.2.5观察结果（RSP，DSP或GSP方法分析）6.3实例1——带空气隙的永磁体6.3.1问题描述6.3.2GUI操作方法6.3.3命令流实现6.4实例2——三维螺线管静态磁场分析6.4.1问题描述6.4.2GUI操作方法6.4.3命令流实现第7章三维谐波磁场棱边单元法7.1单元边方法中用到的单元7.2用棱边单元方法进行谐波磁场分析的步骤7.2.1创建物理环境、建模分网、加边界条件和载荷7.2.2求解7.2.3后处理7.3实例——棱边单元法计算电动机沟槽中谐波磁场分布7.3.1问题描述7.3.2GUI操作方法7.3.3命令流实现第8章三维瞬态磁场棱边单元法分析8.1单元边方法中用到的单元8.2用棱边单元法进行三维瞬态磁场分析的步骤8.2.1创建物理环境、建模分网、加边界条件和载荷8.2.2求解8.2.3后处理8.3实例——棱边单元法计算电动机沟槽中瞬态磁场分布8.3.1问题描述8.3.2GUI操作方法8.3.3命令流实现第9章三维静态、谐波和瞬态节点法分析9.1用节点法进行三维静态磁场分析9.1.1选择单元类型和定义实常数9.1.2定义分析类型9.1.3选择方程求解器9.1.4加载和求解9.1.5备份数据9.1.6求解9.1.7计算电感矩阵和磁链9.1.8后处理9.2节点法三维谐波磁场分析9.2.1建立三维谐波磁场分析的物理环境9.2.2加载和求解9.2.3观察结果9.3节点法三维瞬态磁场分析9.3.1建立三维瞬态磁场分析的物理环境9.3.2加载和求解9.3.3观察节点法三维瞬态分析的计算结果9.4标势法和矢势法联合使用9.4.1建立混合区域的模型9.4.2矢量域和标量域的界面9.4.3施加载荷、求解混合模型9.4.4观察结果第10章稳态电流传导分析10.1电场分析要用到的单元10.2稳态电流传导分析的步骤10.2.1建立模型10.2.2加载并求解10.2.3观看结果10.3实例1——正方形电流环中的磁场10.3.1问题描述10.3.2GUI操作方法10.3.3命令流实现10.4实例2——三侧向测井仪器的电场分析10.4.1问题描述10.4.2命令流实现第11章静电场h方法分析11.1h方法静电场分析中用到的单元11.2用h方法进行静电场分析的步骤11.2.1建模11.2.2加载和求解11.2.3观察结果11.3多导体系统求解电容11.3.1对地电容和集总电容11.3.2步骤11.4开放边界的Trefftz方法11.4.1概述11.4.2步骤11.5实例1——屏蔽微带传输线的静电分析11.5.1问题描述11.5.2GUI操作方法11.5.3命令流实现11.6实例2——电容计算实例11.6.1问题描述11.6.2GUI操作方法11.6.3命令流实现11.7实例3——一个开放边界模型的静电分析11.7.1问题描述11.7.2GUI操作方法11.7.3命令流实现第12章电路分析12.1电路分析中用到的单元12.1.1使用CIRCU124单元12.1.2使用CIRCUl25单元12.2使用电路建模程序12.2.1建立电路12.2.2避免电路不合理12.3电路分析的步骤12.3.1静态电路分析12.3.2谐波电路分析12.3.3瞬态电路分析12.4实例1——谐波电路分析12.4.1问题描述12.4.2GUI操作方法12.4.3命令流实现12.5实例2——瞬态电路分析12.5.1问题描述12.5.2GUI操作方法12.5.3命令流实现第13章高频电磁场分析13.1高频分析中用到的单元13.2高频电磁场谐波分析的步骤13.2.1建立物理环境13.2.2建立模型、定义材料特性、划分网格13.2.3求解高频谐波分析13.2.4查看结果13.3高频电磁场模态分析的步骤13.4实例1——同轴波导的高频谐波分析13.4.1问题描述13.4.2GUI操作方法13.4.3命令流实现13.5实例2——腔体高频模态分析13.5.1问题描述13.5.2GUI操作方法13.5.3命令流实现……
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广州购书中心有限公司 版权所有& 2010 经营许可证：粤B2-　　《ANSYS 10.0电磁学无限元剖析实例指点教程》以ANSYS的最新版本ANSYS10.0为根据，讲述了目前工程中普遍面临的各类电磁场剖析成绩，并经过丰厚的实例具体引见了如何利用ANSYS无限元软件求解电磁场剖析成绩。书中尽量避开了繁琐的实践形容，从实际使用登程，并结协作者应用该软件的经历进行解说。实例局部采纳GUI形式一步一步地对操作进程和步骤进行了解说。为了协助用户相熟ANSYS的相干操作命令，在每个实例的前面列出了剖析进程的命令流文件。《ANSYS 10.0电磁学无限元剖析实例指点教程》共14章，第1章对ANSYS电磁场无限元剖析进行了扼要叙说，并引见了后续章节罕用的磁宏和远场单元内容；第2章至第4章引见了二维动态、谐性、瞬态磁场剖析；第5章至第9章辨别应用标量法、棱边单元法和节点法对三维动态、谐性、瞬态磁场剖析进行引见；第10章引见了稳态电传播导剖析；第11章和12章辨别应用h办法和P办法对静电场剖析进行了引见；第13章引见了电路剖析的内容；第14章引见了高频电磁剖析的内容。
前言第1章 电磁场无限元剖析概述1.1 电磁场根本实践1.1.1 麦克斯韦方程1.1.2 普通方式的电磁场微分方程1.1.3 电磁场中常见边界条件1.2 ANsYs电磁场剖析对象1.3 标量位、矢量位、棱边单元办法的比拟1.3.1 磁标量位办法1.3.2 磁矢量位办法1.3.3 棱边单元办法1.4 电磁场单元概述1.5 电磁宏1.5.1 电磁宏应用范畴1.5.2 电磁宏分类1.6 远场单元及远场单元的应用1.6.1 远场单元1.6.2 应用远场单元的留意事项第2章 二维动态磁场剖析2.1 二维动态磁场剖析中要用到的单元2.2 动态磁场剖析的步骤2.2.1 创立物理环境2.2.2 建模、指定特性、分网2.2.3 施加边界条件和载荷2.2.4 求解2.2.5 后解决2.3 实例1：二维螺线控制动器内动态磁场的剖析2.3.1 成绩形容2.3.2 GUI操作办法2.3.3 命令流完成2.4 实例2：载流导体的电磁力剖析2.4.1 成绩形容2.4.2 GUI操作办法2.4.3 命令流完成第3章 二维谐波磁场剖析3.1 二维谐波磁场剖析中要用到的单元3.2 二维谐波磁场剖析的步骤3.2.1 创立物理环境3.2.2 建设模型，赋予特性，划分网格3.2.3 加边界条件和励磁载荷3.2.4 求解3.2.5 察看后果3.3 实例1：二维自在空间线圈的谐波磁场的剖析3.3.1 成绩形容3.3.2 GUI操作办法3.3.3 命令流完成3.4 实例2：二维非线性谐波剖析3.4.1 成绩形容3.4.2 GUI操作办法3.4.3 命令流完成第4章 二维瞬态磁场剖析4.1 二维瞬态磁场剖析中要用到的单元4.2 二维瞬态磁场剖析的步骤4.2.1 创立物理环境4.2.2 建设模型、赋予属性、划分网格4.2.3 施加边界条件和励磁载荷4.2.4 求解4.2.5 察看后果4.3 实例1：二维螺线控制动器内瞬态磁场的剖析4.3.1 成绩形容4.3.2 GUI操作办法4.3.3 命令流完成4.4 实例2：带缝导体瞬态剖析4.4.1 成绩形容4.4.2 GUI操作办法4.4.3 命令流完成第5章 三维动态磁场标量法剖析5.1 三维动态磁场标量法剖析中要用到的单元5.2 用标量法进行三维动态磁剖析的步骤5.2.1 创立物理环境5.2.2 建设模型5.2.3 施加边界条件和励磁载荷5.2.4 求解4.2.5 察看后果（RSP，DSP或GSP办法剖析）5.3 实例1：三维螺线管动态磁剖析5.3.1 成绩形容5.3.2 GUI操作办法5.3.3 命令流完成5.4 实例2：带空气隙的永磁体5.4.1 成绩形容5.4.2 GUI操作办法5.4.3 命令流完成第6章 三维动态磁场棱边单元法剖析第7章 三维谐波磁场棱边单元法剖析第8章 三维瞬态磁场棱边单元法剖析第9章 三维动态、谐波和瞬态节点法剖析第10章 稳态电传播导剖析第11章 静电场h办法剖析第12章 静电场P办法剖析第13章 电路剖析第14章 高频电磁场剖析
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电磁线圈ANSYS分析
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&&&& 摘要: 基于有限元的分析方法，对某型号直流电磁的电磁系统进行研究。首先，给出的机械反力特性曲线并绘制出电磁系统的3D 模型。然后，利用ANSYS软件对该继电器的电磁系统进行静态吸力特性仿真分析，得到静态电磁吸力及磁场分布情况，绘制出继电器的吸力特性曲线。最后，验证继电器电磁系统的设计是否合理，为继电器的优化设计提供有效的分析手段。
　　0 引言
　　主要由电磁系统和接触系统组成。在设计电磁继电器时，通常先算出继电器的机械反力曲线，然后再计算出电磁系统的吸力特性曲线来验证继电器的设计是否合理。
　　电磁系统吸力特性曲线的计算基本上有两种不同的算法，一是用“路”的方法;另一是用“场”
　　的方法。传统的计算方法主要采用“路”的方法，也就是利用阻抗网络的方法进行电磁系统的计算，这种算法首先得计算气隙磁导，不仅计算方法十分复杂，而且计算结果也不是很准确。近年来，随着计算技术的发展和计算机的广泛应用，使得电磁系统电磁场的计算方法发生了很大的变化，可以运用数值计算方法来更准确地计算磁场和电磁吸力。即利用“场”的方法，将磁场的连续问题离散化，把计算无限多个点上的数值变为计算在有限多个节点上的数值，即有限元分析法。
　　本文利用ANSYS 软件对某型号微型密封直流电磁继电器电磁系统进行分析，绘制出吸力特性曲线来验证继电器电磁系统的设计是否合理。
　　1 机械反力曲线
　　某型号微型密封直流电磁继电器机械反力特性曲线如图1 所示。图中:δ 为衔铁行程的工作气隙; Fm为机械反力;1 点处为继电器释放状态;图1 某微型直流电磁继电器的机械反力特性曲线2 点处为常闭准备断开的状态;3 点处为常闭触点刚断开的状态;4 点处为常开触点刚接通的状态;5 点处为继电器吸合稳定状态。
图1 某微型直流电磁继电器的机械反力特性曲线
　　2 有限元仿真分析
　　2. 1 建立模型
　　有限元分析的第一步是建立几何模型。本文使用SolidWorks 软件绘制了三维模型，再导入ANSYS 进行分析。导入前，首先应对模型进行修改，去掉不必要的圆角、倒角等，并简化对计算无关的部分，待分析继电器电磁系统模型如图2 所示。图中:δ、δ1为工作气隙;δ2为非工作气隙。
图2 某型号继电器电磁系统模型(mm)。
　　2. 2建立激励模型
　　对于继电器电磁系统的电磁吸力仿真，采用的激励载荷就是继电器，文中采用ANSYS 的SOURCE36 单元为线圈建立模型，建立线圈模型如图3 所示。
　图3 增加线圈后的模型。
　　文中分析的继电器在额定工作电压27 V时线圈R = 1 560 Ω，匝数= 4 200 匝，分析时，分别取动作电压为10. 8 V，释放电压为2. 5 V。
　　2. 3建立空气模型、分配材料属性
　　网格划分前应先建立空气模型，给出磁场计算的空间范围。然后再为几何模型的各个部分设置材料属性。轭铁、衔铁、铁心材料为真空退火处理后的电工纯铁DT4E，材料B － H 曲线如图4 所示;空气、线圈相对导磁率为1。自定义B － H 曲线时，应注意在拐角处多取几个点，否则会引起计算的不收敛。
图4 真空处理后电工纯铁DT4E 的B － H 图形。
　　2. 4 网格划分
　　赋予模型相应的材料属性后，接下来进行网格划分。网格划分是有限元前处理中的主要工作，也是整个有限元分析的关键。网络划分的质量优劣将对计算结果产生相当大的影响。网格划分时应适当控制其尺寸，保证划分结果不会出现畸形单元也无需较长时间;网格划分越细，计算的结果越接近实际值，但计算耗费的时间则更长。
　　铁心、轭铁、衔铁网格划分后图形如图5 所示，由于SOURCE36 单元建立的线圈为虚拟电流源，因此不必进行网格划分。
图5 轭铁、衔铁、铁心网格划分后图像。
　　2. 5 加载约束
　　划分网格之后要做的工作就是添加约束条件。电磁场问题求解中，有各种各样的边界条件，可概括:自然边界条件、匹配边界条件、狄利克莱边界条件、对称边界条件和匹配边界条件。该例中分析使用系统默认的边界条件，即磁力线平行边界条件，选择坐标原点为约束条件。
　　要求解衔铁上受到的电磁吸力，必须对衔铁施加力标志。加力标志后的模型如图6 所示。
图6 衔铁施加力标志后的图形。
　　3 静态吸力仿真分析
　　ANSYS 的静态磁场分析是在给定气隙和电压(电流)的情况下，分析得到电磁吸力和磁感应强度的分布。
　　利用求解分析模块得到分析结果，在电压U = 10. 8 V，工作气隙δ = 0. 03 mm，非工作气隙δ2 = 0. 01 mm时，衔铁上受到Z 方向的Mexwell 力为0. 53 N。
　　图7 为电压是10. 8 V，工作气隙δ = δ1 =0. 03 mm，非工作气隙δ2 = 0. 01 mm 时，仿真得到的磁感应强度矢量图，其磁感应强度云图如图8所示。在电磁系统中，通过轭铁、铁心、衔铁和工作气隙δ、δ1的磁通为主磁通，其他位置所通过的磁通均为漏磁通。从图7、8可以看出，到继电器各部分磁感应强度的分布情况，在铁心与轭铁铆接处漏磁最大，随着δ2的增大漏磁也逐渐增大，最终导致电磁效率降低，电磁吸力减小。
图7 电磁系统磁感应强度矢量图。
图8 工作气隙为0. 03 mm 时磁感应强度B 的云图
图9 继电器的吸力特性曲线。
　　4 绘制吸力特性曲线
　　将图1 的机械反力特性曲线用虚线标绘在图9 中，同吸力特性曲线比较。当释放电压为2. 5 V时，吸力曲线低于机械反力曲线，故衔铁可以释放;当激励电压为10. 8 V 时，吸力曲线高于机械反力曲线，继电器可以动作。
　　5 仿真结果
　　应用(1) 实际工程应用中，一般情况下只测量衔铁闭合时的电磁吸力。从静态吸力仿真的结果来看，衔铁闭合时( 电压U = 10. 8 V，工作气隙δ =δ1 = 0. 03 mm，非工作气隙δ2 = 0. 01 mm) 上受到Z 方向的Mexwell 力为0. 53 N，与该型号继电器实际测量0. 5 ～ 0. 6 N 的电磁吸力较为接近。因此，在实际工程应用中，若需要增减继电器电磁系统电磁吸力时，可先更改电磁系统结构模型，然后再仿真分析电磁吸力，得出更改后的结构是否能满足设计要求，从而减少不必要的摸底验证，降低设计成本，提高设计效率。
　　(2) 实际工程应用中，还可以根据图9 的电磁吸力特性曲线来调校继电器机械和电气参数。
　　若机械反力曲线明显高于释放电压的吸力特性曲线，可以通过减小接触系统复原力的方式来降低继电器释放电压;若机械反力曲线明显低于动作电压的吸力特性曲线，可以通过增加接触系统复原力的方式来提高继电器动作电压。
　　(3) 根据仿真的结果还可以看出工作气隙δ = 0. 03 mm时，电磁系统的漏磁主要集中在铁心与轭铁的铆装部位，在工程应用中，若想增加电磁系统的电磁效率，可利用工艺手段来减小铁心与轭铁铆接部位的间隙，达到减小漏磁的目的。
　　6 结语
　　通过上述的有限元仿真分析方法，可以快速且准确地验证继电器电磁系统设计是否合理，从而达到降低设计成本，提高设计效率的目的。工程人员还可以利用仿真结果，分析电磁系统磁感应强度的分布、漏磁大小等，为继电器的优化设计提供有效的手段。&&来源:
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　RF（Radio Frequency）技术被广泛应用于多种领域，如：电视、广播、移动电话、雷达、自动识别系统等。
　　专用词RFID（射频识别）即指应用射频识别信号对目标物进行识别。
　　RFID的应用包括：
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