ANSYS电磁场分析指南 第四章 ２-Ｄ瞬态磁场分析

  第四章２-Ｄ瞬态磁场分析 4.1 什么是瞬态磁场分析 　　瞬态磁场分析处理的既不是静态的也不是谐波的磁场，而是由电压、电流或外加场的随时间无规律变化所引起的磁场变化。在瞬态磁场分析中我们所感兴趣的典型物理量是： 　　　　·　涡流　　　　　　　　　　　　　　·　涡流致使的磁力 　　　　·　涡流致使的能量损耗 瞬态磁场分析可以是线性，也可以是非线性。 4.2 2-D瞬态磁场分析中用到的单元 在涡流区域，瞬态模型只能用矢量位方程描述。只能用下列单元类型来模拟涡流区。 表12D实体单元 单元 维数 形状或特性 自由度 PLANE13 2-D 四边形，4节点； 或三角形，3节点 最多每节点4个，磁矢势(AZ)、位移、温度或时间积分电势 PLANE53 2-D 四边形，8节点； 或三角形，6节点 最多每节点4个，磁矢势(AZ)、时间积分电势、电流或电动势降。 表2通用 电路 模拟电路李宁答案12数字电路仿真实验电路与电子学第1章单片机复位电路图组合逻辑电路课后答案 单元 单元 维数 形状或特性 自由度 CIRCU124 无 通用电路单元，最多达6节点 每个节点最多有三个：电势、电流或电动势降 4.3 创建2D瞬态磁场分析的物理环境 如同ANSYS其他类型分析一样，瞬态磁分析要建立物理环境、建模、给模型区域赋属性、划分网格、加边界条件和载荷、求解、然后检察结果。2D瞬态磁分析的大多数步骤都相同或相似于2D静态磁场分析步骤。本章讨论2D瞬态磁场分析中需要特殊处理的部分。 关于2D瞬态磁场分析中如何设置GUI参考框、单元选项（KEYOPTs）、实常数、单位制与2D静态磁场分析相同，第2章已经作了详细描述。当定义材料性质时，一般也采用与第2章中同样的方法。 4.4 建立模型，划分网格，指定属性 《ANSYS建模与分网指南》详细介绍了建模过程。建立了模型后，对每个模型区要指定属性，即指定在第一步中定义好的单元类型、单元选项、材料特性、实常数、单元坐标系等。 使用AATT或VATT命令或其等效路径来指定属性。详见第2章静态磁场分析部分。 4.5 施加边界条件和励磁载荷 在瞬态磁分析中，可将边界条件和载荷施加到实体模型上（关键点、线和面），也可以施加到有限元模型上（节点和单元）。 加载方式与第2章静态分析类似。也可以用命令加载和施加边界条件，对2D瞬态分析还可以用加载步选项。本手册第16章对这些载荷步选择有详细描述。 根据定义，瞬态分析中的边界条件和载荷是时间的函数，实际分析计算时，要将“载荷－时间”曲线分解成合适的载荷步，“载荷－时间”曲线的每个＂拐点＂就是一个载荷步。 在每一个载荷步中，不仅要定义载荷或边界条件的值，而且还要定义它们所对应的时间值和一些载荷步选项（如阶跃变化载荷或斜坡变化载荷、自动时间步长等），重复将这些载荷数据写到载荷步文件中，直到所有的载荷步结束。 2D瞬态磁场分析载荷步选项的详细描述请参见第16章。 4.5.1 加边界条件 使用PERBC2D宏，可对2D分析自动定义周期性边界条件。PERBC2D对两个周期对称面施加约束方程和定义节点耦合。使用该宏命令的方式如下： 命令：PERBC2D GUI：Main Menu >　Preprocessor > Loads >-loads-Apply > -Magnetic-Boundary > -Vector Poten-Periodic BCs 在第11章 “磁宏”中对该宏的使用有详细描述。 4.5.2 加激励（电压载荷） 此载荷给绞线圈加电压降，且只能用MKS单位制，只有对使用了AZ和CURR自由度的PLANE53单元（还需实常数）才能使用电压降载荷。 命令：BFE GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation - Voltage drop -On Elements 电压降也可以用BFA命令加在实体模型的某些面上。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在实体模型上电压降转换到有限元模型上。 因为CURR代表线圈中每匝的电流，其值是唯一的，所以加载前必须将线圈所有节点的CURR自由度耦合起来（否则将导致求解错误）。 　　命令：CP GUI:Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs 4.5.3 加载电流 电流（AMPS）是一个节点电流载荷，它作为一个外加电流只能加到块状（实体）导体区域。它代表流过导体的总电流（电流单位），且只对2D平面和轴对称模型以及3D模型有效。在导体区，这种载荷要求2D单元PLANE13和PLANE53具有AZ和VOLT自由度。 要在集肤效应区域的横截面上加载一个均匀电流载荷，就必须对该截面耦合电压（VOLT）自由度： 命令：CP GUI：Main Menu> Preprocesser>Coupling /Ceqn> Couple DOFs 对2D平面和轴对称模型，在集肤区选择所有节点，并耦合它们VOLT自由度，再将电流加到截面上的某个节点上： 命令：F，，AMPS GUI：Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Impressed Current- Main Menu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-Impressed Current- 对于2D模型，另外一种加外电流的方法是加一个均匀电流密度（JS体载荷，用BFE命令或其等效菜单路径），其值为集肤区总电流除以横截面积。 也可用BFA命令将源电流密度加在实体模型的面上。用BFTRAN或SBCTRAN命令可以把施加在实体模型上源电流密度转换到有限元模型上。 4.5.4 其他载荷 还可以加矢量势载荷、时间积分标量势载荷、电流节载荷、Maxwell表面载荷、源电流密度载荷和虚位移载荷等，详见第2章“2D静态磁场分析”。 4.6 求解 4.6.1 进入SOLUTION处理器 　　命令：/SOLU GUI:Main Menu>Solution 4.6.2定义分析类型 　　命令：ANTYPE,transient,new GUI:Main Menu>Solution>New Analysis 如果想重启动一个前面做过的分析（例如：重启动一个未收敛分析或求解其它工况），可用命令ANTYPE，TRANSIENT，REST。只有当已经完成了一个瞬态磁分析并且文件Jobname.EMAT、Jobname.ESAV和Jobname.DB都存在的情况下，才能做重启动分析。 4.6.3 定义分析选项 　　首先选择求解方法： 命令：TRNOPT GUI:Main Menu>Solution>New Analysis>Transient 瞬态磁场分析需要用“全波方法（full）”求解。 其次，选择求解器： 　　命令：EQSLV GUI:Main Menu>Solution>Analysis Options 可以选用下列求解器： wSparse solver wFrontal solver (缺省) wJacobi Conjugate Gradient (JCG) solver wJCG out-of-memory solver wIncomplete Cholesky Conjugate Gradient (ICCG) solver wPreconditioned Conjugate Gradient (PCG) solver wPCG out-of-memory solver 电压激励模型或包含速度效应的模型由于产生了非对称矩阵，只能使用sparse solver、frontal solver、JCG solver或ICCG solver，电路激励模型只能使用sparse solver或frontal solver。 4.6.4 载荷步选项 4.6.4.1时间选项 该选项说明载荷步结束时的时间。 命令：TIME GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time - Time Step Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time - Time Step 4.6.4.2 子步数或时间步步长 积分时间步为时间积分历程中所用的时间增量，可直接通过DELTIM命令（或它的等效菜单路径）来定义，或者间接通过NSUBST命令（或它的等效菜单路径）来定义。 时间步步长决定了求解精度，时间步长越小，精度就越高。当载荷出现较大的阶跃时，紧跟其后的第一个时间积分步长是尤为关键的。通过减小时间步步长，可以减少求解大阶跃变化（如温度过热加载）时的误差。 注意：时间步步长也不能过小，尤其是在建立初始化条件时。太小的数值会使ANSYS在计算时产生数值误差。比如，如果使用小于1E-10的时间步步长会产生数值误差。 如选择阶跃(Stepped)加载模式，程序在第一个子步上就加上全部载荷并一直保持常数，如选择斜坡(Ramped)加载模式，程序在每个子步上增加载荷值。 命令：NSUBST,DELTIM GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time and SubstpsMain Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time - Time Step 4.6.4.3 自动时间步长 也叫时间步优化，它使程序自动调整两个子步间的载荷增量，还可以在求解过程中根据材料响应情况增加或减小时间步长。 在大多数情况下，你需要打开这个选项，此外为了更好地控制时间步步长的变化幅度，还要输入积分时间步的上限和下限。值得注意的是：时间步优化对CURR自由度（载压导体）或EMF自由度（电路供电模型）无效。 　　命令：AUTOTS GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time and Substps Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time - Time Step 4.6.5 非线性选项 只有当模型中存在非线性时，才有必要定义非线性选项。 4.6.5.1 Newton-Raphson选项 这些选项定义非线性求解过程中切向矩阵的更新频率，可用的选项有： ·程序自动选择（缺省设置） ·全方法（Full） ·修正法（Modified） ·初刚度法（Initial-stiffness） 在非线性分析中，推荐使用Full Newton-Raphson选项。自适应下降选项可以加快瞬态问题的收敛。下列方式定义Newton-Raphson选项： 命令：NROPT GUI:Main Menu>solution>Analysis Options 4.6.5.2 平衡迭代数 该选项使得在每一个子步都能得到一个收敛解。缺省值为25次迭代，但应该根据所处理问题的非线性度高低适当增加这个数值。对线性瞬态分析，只需1次迭代。 命令：NEQIT GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads-Load Step Options-Nonlinear> Equilibrium Iter Main Menu>Solution-Load Step Options-Nonlinear>Equation Iter 4.6.5.3 收敛容差 只要运算满足定义的收敛准则，ANSYS程序就认为问题已收敛。收敛检查可以基于磁矢量位(A)，也可以基于磁流段(CSG)，或者是两者的组合。你需要定义一个典型值(VALUE)和收敛容差(TOLER)，程序将VALUE*TOLER的值视为收敛判据。例如，如定义磁流段的典型值为5000，容差为.001，则磁流收敛准则为5.0。 ANSYS公司推荐VALUE值由缺省确定（程序自动计算），容差TOLER的值为1.0e-3。 对于矢量位，ANSYS将两次平衡迭代数之间节点上矢量位（DA＝Ai－Ai-1）与收敛准则进行比较来判断是否收敛。 对于磁流段，ANSYS比较不平衡载荷矢量与收敛标准。假如在规定平衡迭代数内，其解并不收敛，那么ANSYS程序会根据用户是否激活“终止不收敛解”的选项决定程序停止计算或是继续进行下一个载荷步。 命令：CNVTOL GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Nonlinear>convergence Crit Main Menu>Solution>Nonlinear>Convergence Crit 4.6.5.4 终止不收敛解 当程序在指定的平衡迭代次数内无法收敛，则程序根据用户指定的终止判据终止求解，或进行第二个载荷步的求解。 4.6.6 输出控制 4.6.6.1控制打印输出 该选项控制你将哪些数据输出到打印输出文件(Jobname.OUT)中去。 命令：OUTPR GUI:Main Menu>Preprocessor>Loads>Output Ctrls>Solu Printout Main Menu>Solution>Output Ctrls>Solu Printout 4.6.6.2控制数据库和结果文件输出 该选项控制选择哪些数据输出到结果文件(Jobname.RMG)中去。 缺省值为程序将每个载荷步中的最后一个子步的数据写入到结果文件中去。如果希望把所有加载步（即所有频率下的解）数据写入结果文件，需要定义一个单频、或ALL、或1。 　　命令：OUTRES GUI: Main Menu>Preprocessor>Loads>Output Ctrls>DB/Results file Main Menu>Solution>Output Ctrls> DB/Results file 4.6.7 存储备份数据 　　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 4.6.8 开始求解 命令：LSSOLVE GUI：Main Menu>Solution>From LS Files 4.6.9 完成求解 命令：FINISH GUI：Main Menu>Finish 4.7 后处理 ANSYS和ANSYS/Emag模块把瞬态磁场分析的结果写到结果文件Jobname.RMG中，结果中包含下列数据： 主数据： 　节点自由度(AZ,CURR,EMF,MAG,VOLT) 导出数据： 　节点磁通密度(BX,BY,BSUM) 　节点磁场强度(HX,HY,HSUM) 　节点磁力(FMAG:分量X,Y,SUM) 　节点感生电流段(CSGZ) 　单位体积的焦耳热(JHEAT) 　等等 参看《ANSYS单元手册》可以提取更多的数据。 可以在通用后处理器POST1中，或者在时间历程后处理器POST26中看结果文件，在通用后处理器POST1中，可以看到整个模型在某一个时间点的结果。在时间历程后处理器POST26中，可以看到模型中的某一个点在整个瞬态求解的时间范围内的结果。 用下列方式选择后处理器： 　　命令：/POST1或/POST26 GUI:Main Menu>General Postproc Main Menu>TimeHist Postpro 详细操作参看第2章和第3章。 4.7.1在POST26处理器中观看结果数据 在时间历程后处理器POST26中观看结果数据，必须保证模型进行计算后的结果文件Jobname.RMG存在。如果模型不在数据库中，用下列方式恢复，然后用SET命令或者其等效路径读入需要的数据集。 命令：RESUME GUI：Utility Menu>File>Resume Jobname.db POST26中观察到的是与时间变量有关的，以表格方式输出的结果值。这些结果值可以定义为变量。每个变量需要指定一个变量号，1号变量用于专指时间（time）变量。故， 1）首先应该定义变量： 命令：NSOL GUI:Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables 若定义导出数据变量： 命令：ESOL GUI:Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables 若定义感生数据变量： 命令：RFORCE GUI:Main Menu>TimeHist Postpro>Define Variables 2）定义好这些变量后，可显示它们的图形（关于时间或其他变量）： 命令：PLVAR GUI:Main menu>TimeHist Postpro>Graph Variables 3）对变量进行列表： 命令：PRVAR GUI:Main Menu>TimeHist Postpro>List Variables 4）只列出最大值： 命令：EXTREM GUI:Main Menu>TimeHist Postpro>List Extremes 通过要观察模型中某个重要点的时间历程结果，可以发现其关键的时间点，并在POST1处理器中针对这个时间点观察整个模型结果。 5）计算某个部件上的电磁力、能量损耗、能量、电流等，则应该先建立部件（在前处理中用CM命令生成，或者用等效路径Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Comp/Assembly）,然后执行下列操作： 命令：PMGTRAN GUI:Main Menu>TimeHist Postpro>Elec&Mag>Magnetics POST26处理器提供多种后处理函数，比如可以对各个变量进行数学运算，或将这些变量放到数组参数中等等。详细内容请参见《ANSYS基本过程指南》。 4.7.2 在POST1处理器中观看结果数据 在通用后处理器POST1中观看结果数据，必须保证模型进行计算后的结果文件是激活的（Jobname.RMG,如果磁标量位或者电位自由度被激活，则放入Jobname.RST）。如果不在，用RESUME命令恢复，然后用SET命令或者其等效路径读入需要的数据集。 将某指定时间点的结果读入到数据库中： 命令：SET,time GUI:Utility Menu>List>Results>Load Step Summary 如果指定的时间值所对应的数据结果不存在，则程序会自动进行线性插值得到。如果指定的时间值超过瞬态分析加载的时间跨度，程序自动使用最后一个时间点。也可以通过指定载荷步步数及子步步数而得到结果。 1）画等值线，如磁矢量位(AZ,VOLT)，磁通密度(BX,BY)和磁场强度(HX,HY)： 命令：PLESOL, PLNSOL GUI:Main Menu>General Postproc>Plot Results>Element Solution Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Solu 2）矢量（arrow）显示，如A、B和H等矢量： 命令：PLVECT GUI:Main Menu>General Postproc>Plot Results>Predefined Main Menu>General Postproc>Plot Results>User Defined 3）线圈的电阻与电感： 程序可以计算载压或载流绞线圈的电阻及电感。每个单元中都有线圈的电阻及电感值，求和即可得到导体区的总的电阻及电感。对于导体区单元，使用ETABLE, tablename, NMISC, n（n为8表示电阻，n为9表示电感）命令或其等效路径来存储这些值，并对它们求和（用SSUM命令或其等效路径）。 对于载压线圈（ＰLANE53的KEYOPT(1)=2）或电路耦合线圈（PLANE53的KEYOPT(1)=3）所计算的电感值仅在下列情况有效： ·线性问题（导磁系数为常数）； ·模型没有永磁体； ·模型只有一个线圈。 由多线圈组成的线圈系统采用LMATRIX宏来计算电感矩阵和每个线圈的总磁链。LMATRIX宏的详情参见11章。 4）计算其他感兴趣项目： 从后处理数据中，可计算许多其他感兴趣项目（例磁力线、涡流、力矩和力）。ANSYS提供宏命令来完成这些功能： ·CURR2D宏：在一个2D导体中计算流过的电流 ·EMAGERR宏：在静电或电磁场分析中计算相对误差 ·FLUXV宏：计算通过闭合回线的通量 ·FMAGSUM宏：对单元组件上的电磁场力求和 ·FOR2D宏：计算一个体上的磁力 ·MMF宏：计算沿一条路径的磁动力 ·PLF2D宏：生成等位线图 ·SENERGY宏：计算存储的磁能或共能 ·TORQ2D宏：在磁场中计算一个体上力矩 ·TORQC2D宏：根据环形路径在磁场中计算一个体上力矩 ·TORQSUM宏：对2D平面问题，在单元部件上对Maxwell和虚功力矩进行求和 这些宏的详细讨论见第11章。 4.8 算例--- 2-D螺线管致动器内瞬态磁场的分析（GUI） 4.8.1 问题描述 把螺线管致动器作为2-D轴对称模型进行分析。计算衔铁部分（螺线管致动器的运动部分）的受力情况、线圈电感和电压激励下的线圈电流。螺线管致动器如图2所示。 4.8.2 参数说明： 参数 说明 n=650 线圈匝数，在后处理中用 ta=.75 磁路内支路厚度 tb=.75 磁路下支路厚度 tc=.50 磁路外支路厚度 td=.75 衔铁厚度 wc=1 线圈宽度 hc=2 线圈高度 gap=.25 间隙 space=.25 线圈周围空间 ws=wc+2*space hs=hc+.75 w=ta+ws+tc 模型总宽度 hb=tb+hs h=hb+gap+td 模型总高度 acoil=wc*hc 线圈面积 4.8.3 处理方法和假设 此模型与第2章“2D静态磁场分析”中的模型完全一致。只不过激励源是随时间变化的电压，不再是稳态直流电流。 在0.01秒时间内给线圈加电压（斜坡式）０伏到12伏，然后电压保持常数直到0.06秒。线圈要求定义其他特性，包括横截面面积和填充系数。本例使用了铜的阻抗，衔铁部分假设为钢，故也应该输入电阻。 本例题的目的在于研究在已知变化电压载荷下，线圈电流、衔铁受力和线圈电感随时间的响应情况（由于电枢中的涡流效应，线圈电感会有微小变化）。 求解时，使用恒定时间步长，分为3个载荷步，分别设置在0.01、0.03、0.06秒。在时间历程后处理器中，对于已经定义好的部件可以用PMGTRAN命令或者其等效路径计算需要的结果，并可用DISPLAY程序显示从该命令生成的filemg_trns.plt文件中的结果。 步骤１：开始分析 1.进入ANSYS程序． 2.选择Utility Menu>File>Change Title，出现改变任务题目对话框． 3.输入题目2-D Solenoid Actuator Transient Analysis. 4.按OK. 5.选择Main Menu>Preferences，出现参考框． 6.按＂Magnetic-Nodal＂选项． 7.按OK． 步骤２：定义单元类型 1.选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现单元类型对话框． 2.按Add，出现单元类型对话框． 3.选择PLANE53单元． 4.按Apply． 5.按OK，单元类型对话框中列出单元类型2． 6.选择单元类型1，按Options，出现PLANE53单元类型选项对话框． 7.将＂Element Behavior＂域改为＂Axisymmetric＂． 8.按OK，回到单元类型对话框． 9.选择单元类型2，按Options，出现PLANE53单元类型选项对话框． 10.将＂Element Behavior＂域改为＂Axisymmetric＂． 11.将＂Element degree(s) of freedom＂域改为＂AZ CURR＂． 12.按OK． 13.按单元类型对话框中的Close． 步骤３：定义材料特性 1.选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models． 2.顺序双击Electromagnetics, Relative Permeability, Constant． 3.在＂Relative permeability＂(MURX)域中输入1，并点取OK。 4.在材料定义窗口选择Material>New Model，输入材料号2，点取OK。 5.再次点取Constant． 6.在＂Relative permeability＂(MURX)域中输入1000，并点取OK． 7.在材料定义窗口选择Edit>Copy，在from Material number域输入1，在to Material number域输入3。 8.在材料定义窗口，双击Material Model Number 3． 9.顺序双击Resistivity, Constant 10.在＂Electrical resistivity＂(RSVX)域中输入3E-8，并点取OK． 11.在材料定义窗口选择Edit>Copy，在from Material number域输入3，在to Material number域输入4． 12.在材料定义窗口，双击Material Model Number 4和Permeability (constant). 13.将＂Relative permeability＂(MURX)域的值该为2000，并点取OK． 14.在材料定义窗口的Material Model Number 4下，双击Resistivity (constant). 15.将＂Electrical resistivity＂(RSVX) 域的值该为70E-8，并点取OK． 16.在材料定义窗口，选择Material>Exit。 步骤４：定义几何载荷输入参数 1.选择Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters, 出现标量参数对话框． 2.输入下列参数值： 　　　n=650 ta=.75tb=.75 tc=.50td=.75 wc=1hc=2 gap=.25space=.25 ws=wc+2*spacehs=hc+.75 w=ta+ws+tchb=tb+hs h=hb+gap+tdacoil=wc*hc 3.按Close． 步骤５：定义实常数 1.选择Main Menu>Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete，出现实常数对话框． 2.按Add，出现为实常数选择单元类型对话框． 3.选择单元类型2，再按OK，出现PLANE53单元的实常数对话框． 4.输入下列各值： 　　　·　＂Coil cross-sectional area＂(CARE)域：acoil*(.01**2) 　　　·　＂Total number of coil turns＂(TURN)域：n 　　　·　＂Current in z-direction＂(DIRZ)域：1 　　　·　＂Coil fill factor＂(FILL)域：.95　　　 5.按OK，实常数对话框中列出常数组1． 6.按实常数对话框中的Close． 步骤６：创建矩形区 1.按Main menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Rectangle>By Dimensions，出现创建矩形（根据尺寸）对话框． 2.输入下列各值： 　　　　X1域：0X2域：w Y1域：0Y2域：tb 3.按OK． 4.选择Utility Menu>PlotCtrls>Numbering，出现画图数字控制对话框． 5.打开＂Area Numbers＂． 6.按OK． 7.选择Utility Menu>Plot>Areas，图形窗口中出现第一个矩形． 8.要创建第二个矩形，重复第1、2步，只是改输下列各值： 　　　　X1域：0X2域：w Y1域：tbY2域：hb 9.按Apply． 10.要创建第三个矩形，改输下列各值： 　　　　X1域：taX2域：ta+ws Y1域：0Y2域：h 11.按Apply． 12.要创建第四个矩形，改输下列各值： 　　　　X1域：ta+spaceX2域：ta+space+wc Y1域：tb+spaceY2域：tb+space+hc 13.按OK． 14.选择Utility Menu>Plot>Replot，图形窗口中显示出了四个矩形． 步骤７：重叠(overlap)面 1.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate->-Booleans->Overlap> Areas，出现重叠面拾取菜单． 2.按Pick All．面显示自动更新． 3.按工具条中的SAVE_DB按钮，将模型存入数据库中去． 步骤８：创建最后两个面 1.选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>-Areas->Rectangle>By Dimensions，出现创建矩形（根据尺寸）对话框． 2.输入下列值，创建第五个面： X1域：0X2域：w Y1域：0Y2域：hb+gap 3.按Apply． 4.输入下列值，创建第六个面： X1域：0X2域：w Y1域：0Y2域：h 5.按OK． 步骤９：重叠最后两个面 1.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate->-Booleans->Overlap> Areas，出现重叠面拾取菜单． 2.按Pick All，屏幕自动更新． 步骤10：压缩(Compress)不用的面号 1.选Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Compress Numbers，出现压缩号对话框．将＂Nodes＂改为＂All＂． 2.将＂Nodes＂改为＂All＂，按OK． 3.选择Utility Menu>Plot>Replot． 4.按工具条中的SAVE_DB按钮，将模型存入数据库中去． 步骤11：给面赋予特性 1.选择Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define>Picked Areas，出现面特性拾取菜单． 2.点一下线圈面A2，再按拾取菜单中的OK，出现面特性对话框． 3.在＂Material number＂下面的对话框中输入＂3＂． 4.设置＂Element type number＂域为＂2＂．　 5.按Apply，出现面特性拾取对话框． 6.打开Box按钮． 7.按住鼠标左键并拖动，直到用虚线框围住面1，12和13，这些面的颜色改变表示已被选上． 8.按OK，出现面特性对话框． 9.改材料号为4． 10.改单元类型号为1. 11.按Apply． 12.点面3,4,5,7和8，再按面特性拾取菜单中的OK，出现面特性对话框． 13.改材料号为2，再按OK． 14.选择Utility menu>PlotCtrls>Numbering，出现画图数字控制对话框． 15.按＂Elem/Attrib numbering＂按钮，选择＂Material numbers＂，再按OK． 16.按工具条中的SAVE_DB按钮，将模型存入数据库中去． 步骤１２：给模型划分网格 1.按Main Menu>Preprocessor>MeshTool，出现MeshTool对话框． 2.将＂SmartSizing＂设为on，并将SmartSizing滑块移动到4． 3.在MeshTool对话框顺序点取Areas, Quad, 和 Free，出现划分面拾取菜单． 4.按Pick All． 5.点取MeshTool对话框的Close。 步骤１３：将衔铁单元定义成一个组件 1.选择Utility Menu>Select>Entities，出现选择实体对话框． 2.在第一个下拉菜单中将＂Nodes＂改成＂Elements＂，在第二个下拉菜单中选择＂By Num/Pick＂． 3.按OK，出现选择单元拾取菜单． 4.打开Box按钮． 5.在图形窗口，按住鼠标左键并拖动，直到用虚线框围住衔铁（上面的矩形），确认只有衔铁中的单元被选上． 6.在选择单元拾取菜单中按OK． 7.选择Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component，出现创建组件对话框． 8.在＂Component name＂域中输入＂arm＂． 9.在＂Component is made of＂域中选择＂Elements＂． 10.按OK． 11.选择Utility Menu>Select>Everything． 步骤１４：给转子加边界条件 1.选择Choose Main Menu>Preprocessor>Loads>-Loads-Apply> -Magnetic-Flag>Comp. Force/Torq，出现加磁力边界条件对话框． 2.选择组件名＂arm＂． 3.按OK． 4.按Close． 步骤１５：将线圈单元定义成一个组件 1.选择Utility Menu>Select>Entities，出现选择实体对话框． 2.在第一个下拉菜单中将＂Nodes＂改成＂Elements＂，在第二个下拉菜单中选择＂By Num/Pick＂． 3.按OK，出现选择单元拾取菜单． 4.打开Box按钮． 5.在图形窗口，按住鼠标左键并拖动，直到用虚线框围住线圈单元． 6.在选择单元拾取菜单中按OK． 7.选择Utility Menu>Select>Entities，出现选择实体对话框． 8.在第一个下拉菜单中选择＂Nodes＂，在第二个下拉菜单中选择＂By Num/Pick＂，出现选择节点对话框． 9.打开Box按钮． 10.在图形窗口，按住鼠标左键并拖动，直到用虚线框围住线圈节点． 11.按OK，图形窗口中显示出所选择的节点． 12.选择Main Menu>Preprocessor>Coupling/Ceqn>Couple DOFs，出现定义自由度耦合拾取菜单． 13.在图形窗口，按住鼠标左键并拖动，直到用虚线框围住线圈节点． 14.按OK，出现定义自由度耦合对话框． 15.在＂set reference number1＂域输入＂1＂． 16.设置＂degree-of-freedom label＂域为＂CURR＂． 17.按OK． 18.选择Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Create Component，出现创建组件对话框． 19.在＂Component name＂域中输入＂coil＂． 20.在＂Component is made of＂域中选择＂Elements＂，并点取OK． 21.选择Utility Menu>Select>Everything． 步骤１６：缩放模型，使其采用MKS单位制（米） 1.选择Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate->Scale>Areas，出现给面定标拾取菜单． 2.按Pick All，出现给面定标对话框． 3.在RX,RY和RZ定标因子域中分别输入.01,.01和1． 4.确保＂Items to be scaled＂菜单设置为＂Areas and Mesh＂，但需将＂Existing areas will be＂菜单改为＂Moved＂． 5.按OK． 步骤１７：加载并求解 1.选择Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis，出现新分析对话框． 2.点取Transient按钮再按OK． 3.点取弹出菜单的OK（接受FULL法） 4.选择Utility Menu>Select>Entities，出现选择实体对话框． 5.在第一个下拉菜单中选择＂Nodes＂，在第二个下拉菜单中选择＂Exterior＂． 6.按OK． 7.按Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Magnetic->Boundary>-Flux Par’l->On Nodes，出现给节点加磁力线平行条件对话框． 8.选择Pick All． 9.选择Utility Menu>Select>Comp/Assembly>Select Comp/Assembly，出现选择组件对话框． 10.在＂Select entities belonging to Component or Assembly＂域中选择＂COIL＂． 11.按OK． 12.选择Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Magnetic->Excitation>Voltage Drop，出现给单元加电压拾取菜单． 13.按Pick All，出现给单元加电压对话框． 14.在＂Voltage drop mag ＂(VLTG)域中输入12． 15.按OK． 16.选择Utility Menu>Select>Everything。 17.选择Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time & Substeps，出现时间和子步选项对话框． 18.在＂Time at end of load step＂域中输入.01，再按OK． 19.选择Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frequenc>Time & Time Step，出现时间和时间步长选项对话框．　　　 20.在＂Time step size＂域中输入 .002，再按OK． 21.选择Main Menu>Solution>Output Ctrls>DB/Results File，出现数据库和结果文件输出控制对话框． 22.设置＂Item to be controlled＂域为＂All Items＂． 23.在＂File write frequency＂域中打开＂every substep＂． 24.按OK． 25.选择Main Menu>Solution>Solve>Current LS．CLOSE信息窗口，点OK。 26.选择Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time &Substeps，出现时间和子步选项对话框． 27.在＂Time at end of load step＂域中输入.03，再按OK． 28.选择Main Menu>Solution>Solve>Current LS．CLOSE信息窗口，点OK。 29.选择Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time & TimeStep，出现时间和时间步长选项对话框．　 30.在＂Time step size＂域中输入 .005，再按OK． 31.选择Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frequenc>Time &Substeps，出现时间和子步选项对话框． 32.在＂Time at end of load step＂域中输入.06，再按OK． 33.选择Main Menu>Solution>Solve>Current LS．CLOSE信息窗口，点OK。 步骤１８：观看结果 1.选择Main Menu>TimeHist Postpro>Elec&Mag>Magnetics． 2.说明计算力的单元组件为arm． 3.说明计算电流和电感的单元组件为coil. 4.按OK，ANSYS计算结果并求和，在窗口中显示出数据信息． 5.观看结果，按Close． 步骤１９：退出ANSYS 1.按工具条上的Quit按钮，出现退出ANSYS对话框． 2.选择＂Quit-No Save!＂． 3.按OK. 4.9 命令流实现 /batch,list /PREP7 /TITLE,2-D Solenoid Actuator Transient Analysis ET,1,PLANE53,,,1!　Define element type, set for axisymmetric run ET,2,PLANE53,2,,1! Axisymmetric, voltage-fed coil option MP,MURX,1,1! Define material permeability (air) MP,MURX,2,1000! Permeability (backiron) MP,MURX,3,1! Permeability (coil) MP,MURX,4,2000! Permeability (armature) MP,RSVX,3,3e-8! Define coil resistivity MP,RSVX,4,70e-8! Define armature resistivity /com! Set parameter values n=650 ta=.75 tb=.75 tc=.50 td=.75 wc=1 hc=2 gap=.25 space=.25 ws=wc+2*space hs=hc+.75 w=ta+ws+tc hb=tb+hs h=hb+gap+td acoil=wc*hc! Cross-section of coil (cm**2) R,1,acoil*.01**2,n,,1,.95 !　Coil constants (area, turns, dir., fill factor) /PNUM,AREA,1 RECTNG,0,w,0,tb! Create rectangular areas RECTNG,0,w,tb,hb RECTNG,ta,ta+ws,0,h RECTNG,ta+space,ta+space+wc,tb+space,tb+space+hc AOVLAP,ALL RECTNG,0,w,0,hb+gap RECTNG,0,w,0,h AOVLAP,ALL NUMCMP,AREA! Compress out unused area numbers APLOT ASEL,S,AREA,,2! Assign attributes to coil AATT,3,1,2,0 ASEL,S,AREA,,1! Assign attributes to armature ASEL,A,AREA,,12,13 AATT,4,1,1 ASEL,S,AREA,,3,5! Assign attributes to backiron ASEL,A,AREA,,7,8 AATT,2,1,1,0 /PNUM,MAT,1 ALLSEL,ALL APLOT SMRTSIZE,4! Set smartsize meshing level AMESH,ALL! Mesh all areas ESEL,S,MAT,,4! Select armature elements CM,ARM,ELEM! Define armature as a component FMAGBC,"ARM"! Apply force boundary conditions to armature ESEL,S,MAT,,3 NSLE,S CP,1,CURR,ALL CM,COIL,ELEM! Define coil as a component ALLSEL,ALL ARSCAL,ALL,,,.01,.01,1,,0,1! Scale model to MKS (meters) FINISH /SOLU ANTYP,TRANS NSEL,EXT! Select exterior nodes D,ALL,AZ,0! Set potentials to zero (flux-parallel) CMSEL,S,COIL BFE,ALL,VLTG,,12 ALLSEL,ALL TIME,.01 DELTIM,.002 OUTRES,ALL,ALL SOLVE TIME,.03 NSUBST,1 SOLVE TIME,.03 DELTIM,.005 TIME,.06 NSUBST,1 SOLVE FINISH /POST26 PMGTRAN,,,"ARM",,,,,"COIL","COIL" FINISH 4.10 其它例题 在《ANSYS校验手册》中还有几个分析例题： VM186 --- 带缝导体的瞬态分析