第二章第1节

第二章第1节 二维静磁学

应用: 简单直流致动器 • 问题描述 • 2个实体园柱铁芯，中间被空气隙分开 • 线圈中心点处于空气隙中心 • 分析过程和目的 • 为模拟建模 • 进行模拟 • 后处理 • 电磁力 • 磁场值切去一部分线圈便以看到极面间空隙

模拟由3个区域组成 • 衔铁区: 导磁材料导磁率为常数（即线性材料） • 线圈区: 线圈可视为均匀材料. • 空气区:自由空间 (μr = 1) . 衔铁线圈

性质柱体: μr = 1000 线圈: μr = 1 匝数: 2000 (整个线圈) 空气: μr = 1 Y 衔铁长度=35 材料号 2 材料号3 激励线圈励磁为直流电流: 2 安培 Coil X 模型轴对称单位 (mm)

建模 • 设置电磁学预选项（过滤器） • 对各物理区定义单元类型 • 定义材料性质 • 对每个物理区定义实体模型 • 铁芯 • 线圈 • 空气 • 给各物理区赋材料属性 • 加边界条件

设置预选过滤掉其它应用的菜单 Main menu>preferences • 选择OK

定义所有物理区的单元类型为 PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete • 选择 Add • 选择磁矢量和8节点53号单元 • 选择 OK

模拟模型的轴对称形状 • 选择Options（选项） • Element behavior（单元行为） • 选择 Axisymmetric（轴对称） • 选择OK

定义空气为1号材料(MURX = 1) • 定义材料 Preprocessor>Material Props>Isotropic • 选择OK • 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）

定义衔铁为2号材料 • 选择OK • 选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）

定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1) • 选择 OK • 选择 OK (退出材料数据输入菜单）

建立衔铁面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions 利用TAB 键移动输入窗口 • 选择Apply (重复显示和输入) • 建立线圈面 • 选择 Apply

建立空气面 • 选择 OK 到了这步，建立了全部平面，但它们还没有连接起来. 衔铁线圈

用Overlap迫使全部平面连接在一起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas • 按Pick All 现在这些平面被连接了，因此当生成单元时，各区域将共享区域边界上节点这种操作后，原先平面被删除，而新的平面被重新编号

这些平面要求与物理区和材料联系起来 Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas • 用鼠标点取衔铁平面 • 选择OK (在选取框内） • 材料号窗口输入2 对于没有明确定义属性的面，其属性缺省为1 • 选择 OK

这些平面要求与物理区和材料联系起来 • Preprocessor>-Attributes-Define>Picked Areas 选取线圈平面（在选择对话框里）点取OK 材料号窗口输入3 • 点 OK

加通量平行边界条件 Preprocessor>loads>apply>-magnetic-boundary-flux-par’l • 选On Lines并选取相应的线 • 选 OK “所选取的线” 注：未划分单元前，加上这种边界条件 “所选取的线”

生成有限元网格 • 利用智能尺寸选项来控制网格大小 Preprocessor>-Meshing-Size Cntrls>-smartsize-basic • 选择OK

Preproc>-Meshing-Mesh>-Areas-Free> 在选取框内选择ALL 选择OK • 打开绘制单元的材料属性 Utility>PlotCtrls>Numbering • 选择 OK

力边界条件标志需要单元部件，即一组具有 “名称”的单元 • 把衔铁定义为一个单元组件 • 选择衔铁平面 Utility>select>entities 用此选项在图形窗口中选择平面再次选择用APPLY • 一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）

选择与已选平面相对应的单元 衔铁单元用“面” • 选择 OK • 图示衔铁单元 • Utility>plot>elements

使单元与衔铁组件联系起来 Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component • 选择 OK

加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force 即使只有一种选项，也要鼠标选取 • 选择OK • 施加两个标志，用两个不同的方法来计算力 • Maxwell’s 应力张量 • 虚功

以毫米单位生成的模型，最好把模型尺寸变换为国际单位制（变换系数 =.001) • 使整个模型激活 Utility>Select>Everything • 缩放平面-不用拷贝 Preproc>operate>scale>areas • 选择 OK

给线圈平面施加电流密度 • 选择线圈平面 Utility>Select>Entity • 选择OK ( 实体选择框) • 选择线圈平面 • 选择 OK (选取框内)

激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积.激励线圈要求电流密度，故要得到线圈截面积. Preprocessor>Operate>Calc Geometric Items>Of Areas • 选择OK • 要用线圈面积来计算电流密度，将线圈面积赋予参数CAREA Utility>Parameter>Get Scalar Data • 选择 OK

下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入下面窗口输入面积的参数名，用于后面电流密度输入 • 去掉面号（如果有的话）这相应于几何面积总和 • 选择 OK

把电流密度加到平面上 Preprocessor>Loads>Apply>Excitation>On Areas • (因为只激活了线圈平面，可在选取框内选择Pick All） • 选择 OK

进行计算 Solu>-solve-electromagnet>Opt & Solve 这些适用于用BH 数据来进行的分析，本题将忽略 • 选择OK

生成磁力线圈 Postproc>plot results>2D flux lines • 选择 OK 使用缺省设置，选择OK, （在通常情况下，可这样做）单元边缘围绕的一个红色输廓表示该区域为同类材料号

计算力 Postproc>Elec&Mag Calc>Comp. Force 必须用鼠标选取 • 选择 OK 衔铁上力是在总体坐标系下表示的，此力的方向为使气隙缩小

显示总磁通密度值 (BSUM) • Postproc>Plot Results>Nodal Solution • 选择 OK

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