ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述.docx

第一章磁场分析概述
1.1磁场分析对象
利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：
·电力发电机·磁带及磁盘驱动器
·变压器·波导
·螺线管传动器·谐振腔
·电动机·连接器
·磁成像系统·天线辐射
·图像显示设备传感器·滤波器
·回旋加速器
在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：
·磁通密度·能量损耗
·磁场强度·磁漏
·磁力及磁矩·S-参数
·阻抗·品质因子Q
·电感·回波损耗
·涡流·本征频率
存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算
ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。
1.3静态、谐波、瞬态磁场分析
利用ANSYS可以完成下列磁场分析：
·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维静态磁场分析”
·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。参见本书“二维谐波磁场分析”
·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。参见本书“二维瞬态磁场分析”
·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）”
·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。参见本书“三维静态磁场分析（棱边元方法）”
·3-D谐波磁场分析，分析低频交流电所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维谐波磁场分析（棱边元方法）”
·3-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，用棱边单元法。建议尽量用这种方法求解谐波磁场分析。参见本书“三维瞬态磁场分析（棱边元方法）”
·基于节点方法的3-D静态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D静态磁场分析”
·基于节点方法的3-D谐波磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D谐波磁场分析”
·基于节点方法的3-D瞬态磁场分析，用矢量位方法。参见“基于节点方法的3-D瞬态磁场分析”
1.4关于棱边单元、标量位、矢量位方法的比较
什么时候选择2－D模型，什么时候选择3－D模型？标量位方法和矢量位方法有何不同？棱边元方法和基于节点的方法求解3-D问题又有什么区别？在下面将进行详细比较。
-D分析和3-D分析比较
3-D分析就是用3-D模型模拟被分析的结构。现实生活中大多数结构需要3-D模型来进行模拟。然而3-D模型对建模的复杂度和计算的时间都有较高要求。所以，若有可能，请尽量考虑用2-D模型来进行建模求解。
什么是磁标量位方法？
对于大多数3-D静态分析请尽量使用标量位方法。此方法将电流源以基元的方式单独处理，无需为其建立模型和划分有限元网格。由于电流源不必成为有限元网格模型中的一部分，建立模型更容易。标量位方法提供以下功能：
·砖型（六面体）、楔型、金字塔型、四面体单元。
·电流源以基元的方式定义（线圈型、杆型、弧型）
·可含永久磁体激励
·求解线性和非线性导磁率问题
·可使用节点偶合和约束方程
此外，标量位方法中电流源建模简单，因为用户只需在合适的位置施加电流源基元（线圈型、杆型等）就可以模拟电流对磁场的贡献。
什么是磁矢量位方法？
矢量位方法（MVP）是ANSYS支持的两种基于节点的方法中的一种（标量位法是另一种基于节点的方法）。这两种方法都可用于求解3-D静态、时谐、瞬态分析。
矢量位方法中的每个节点的自由度要比标量位方法多：因为它在X、Y和Z方向分别具有磁矢量位AX、AY、AZ。在载压或电路耦合分析中还引入了另外三个自由度：电流(CURR)，电压降(EMF)和电压(VOLT)。2-D静态磁分析必须采用矢量位方法，此时主自由度只有AZ。
在矢量位方法中，电流源（电流传导区域）要作为整个有限元模型的一部分。由于它的节点自由度更多，所以比标量位方法的运算速度要慢一些。
矢量位方法可应用于3-D静态、时谐和瞬态的磁场分析计算。但是，当计算区域含有导磁材料时，该方法的精度会有损失（因为在不同导磁率材料的分界面上，由于矢量位的法向分量非常大，影响了计算结果的精度）。
你可以使用INTER115单元，在同一模型中同时使用3-D标量位方法和3-D矢量位方法。
什么是棱边元方法？
我们推荐在解决大多数的3-D时谐问题和瞬态问题时，选用棱边单元法，但此方法对于2-D问题不适用。
棱边单元法中的自由度与单元