ANSYS电磁场分析指南 3D静态磁场分析标量法.docx

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：
单元维数形状或特性自由度SOLID53-D六面体，8个节点每节点6个：位移、电势、磁标量位或温度SOLID963-D六面体，8个节点磁标量位SOLID983-D四面体，10个节点位移、电势、磁标量位、温度表2三维界面单元
单元维数形状或特性自由度INTER1153-D四边形，4个节点磁标量位，磁矢量位表3三维连接单元
单元维数形状或特性自由度SOURC363D杆状(Bar)、弧状(Arc)、线圈(Coil)基元3个节点无表4三维远场单元
单元维数形状或特性自由度INFIN473-D四边形，4个节点；
或三边形，3个节点磁标量位、温度INFIN1113-D六面体，8个或20个节点磁矢量位、磁标量位、电势、温度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。
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。

5.33-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
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（4节点边界单元）或INFIN111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:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>ElectromagUnits
·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，，或者根据用命令EMUNIT来设定一个值。
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：MainMenu>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。
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：
材料材料性质文件Copper（铜）emagCopper.SI_MPLM3steel（钢）emagM3.SI_MPLM54steel（钢）emagM54.SI_MPLSA1010steel（钢）emagSa1010.SI_MPLCarpentersteel（硅钢）emagSilicon.SI_MPLIronCobaltVanad