ANSYS电场分析教程(经典入门教程).doc

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ANSYS电场分析指南
关键字:ANSYS电场分析CAE教程

静电场分析〔h方法〕
14.1什么是静电场分析
静电场分析用以确定由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位〔电压〕分布。该分析能加二种形式的载荷：电压和电荷密度。
静电场分析是假定为线性的，电场正比于所加电压。
静电场分析可以使用两种方法：h方法和p方法。本章讨论传统的h方法。下一章讨论p方法。

h方法静电分析使用如下ANSYS单元：
表1.二维实体单元
单元维数形状或特征自由度PLANE1212-D四边形，8节点每个节点上的电压表2.三维实体单元
单元维数形状或特征自由度SOLID1223-D砖形〔六面体〕，20节点每个节点上的电压SOLID1233-D砖形〔六面体〕，20节点每个节点上的电压表3.特殊单元
单元维数形状或特征自由度MATRIX50无(超单元)取决于构本钱单元的单元取决于构本钱单元的单元类型INFIN1102-D4或8节点每个节点1个；磁矢量位，温度，或电位INFIN1113-D六面体，8或20节点AX、AY、AZ磁矢势，温度，电势，或磁标量势INFIN92-D平面，无界，2节点AZ磁矢势，温度INFIN473-D四边形4节点或三角形3节点AZ磁矢势，温度
静电场分析过程由三个主要步骤组成：

14.3.1建模
定义工作名和标题：
命令：/FILNAME，/TITLE
GUI：UtilityMenu>File>ChangeJobname
UtilityMenu>File>ChangeTitle
如果是GUI方式，设置分析参考框：
GUI：MainMenu>Preferences>Electromagnetics：Electric
设置为Electric，以确保电场分析所需的单元能显示出来。之后就可以使用ANSYS前处理器来建立模型，其过程与其它分析类似，详见?ANSYS建模和分网指南?。
对于静电分析，必须定义材料的介电常数〔PERX〕，它可能与温度有关，可能是各向同性，也可能是各向异性。
对于微机电系统〔MEMS〕，最好能更方便地设置单位制，因为一些部件只有几微米大小。详见下面MKS制到µMKSV制电参数换算系数和MKS制到µMSVfA制电参数换算系数表
表4．MKS制到µMKSV制电参数换算系数表
电参数MKS制量纲乘数µMKSV制量纲电压V(kg)(m)2/(A)(s)31V(kg)(µm)2/(pA)(s)3电流AA1012pApA电荷C(A)(s)1012pC(pA)(s)导电率S/m(A)2(s)3/(kg)(m)3106pS/µm(pA)2(s)3/(kg)(µm)3电阻率Ωm(kg)(m)3/(A)2(s)310-6TΩµm(kg)(µm)3/(pA)2(s)3介电常数1F/m(A)2(s)4/(kg)(m)3106pF/µm(pA)2(s)2/(kg)(µm)3能量J(kg)(m)2/(s)21012pJ(kg)(µm)2/(s)2电容F(A)2(s)4/(kg)(m)21012pF(pA)2(s)4/(kg)(µm)2电场V/m(kg)(m)/(s)3(A)10-6V/µm(kg)(µm)/(s)3(pA)通量密度C/(m)2(A)(s)/(m)21pC/(µm)2(pA)(s)/(µm)2-6pF/µm
表5．MKS制到µMSVfA制电参数换算系数表
电参数MKS制量纲乘数µMSVfA制量纲电压V(kg)(m)2/(A)(s)31V(g)(µm)2/(fA)(s)3电流AA1015fAfA电荷C(A)(s)1015fC(fA)(s)导电率S/m(A)2(s)3/(kg)(m)3109fS/µm(fA)2(s)3/(g)(µm)3电阻率Ωm(Kg)(m)3/(A)2(s)310-9--(g)(µm)3/(fA)2(s)3介电常数F/m(A)2(s)4/(kg)(m)3109fF/µm(fA)2(s)2/(g)(µm)3能量J(kg)(m)2/(s)21015fJ(g)(µm)2/(s)2电容F(A)2(s)4/(kg)(m)21015fF(fA)2(s)4/(g)(µm)2电场V/m(kg)(m)/(s)3(A)10-6V/µm(g)(µm)/(s)3(fA)通量密度C/(m)2(A)(s)/(m)2103fC/(µm)2(fA)(s)/(µm)2-3fF/µm
14.3.2加载荷和求解
本步定义分析类型和选项、给模型加载、定义载荷步选项和开始求解。
14.3.2.1进入求解处理器
命令：/SOLU
GUI：MainMenu>Solution

选择以下方式之一：
·GUI：选菜单路径MainMenu>Solution>NewAnalysis并选择静态分析
·命令：ANTYPE，STATIC，NEW