有谁做过ANSYS里面的各向异性的材料分... - 叫阿莫西中心 - 中国网络使得骄傲马戏中心！
有谁做过ANSYS里面的各向异性的材料分...
查看: 2097|回复: 7
三维编织复合材料 怎么用ansys建模
主题帖子积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
如题，先谢过了。
主题帖子积分
学徒工, 积分 3, 距离下一级还需 97 积分
学徒工, 积分 3, 距离下一级还需 97 积分
顶一下楼主
主题帖子积分
学徒工, 积分 3, 距离下一级还需 97 积分
学徒工, 积分 3, 距离下一级还需 97 积分
hehe ，先算个弹性摸量，整体键摸
主题帖子积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
三维编织复合材料
模型很简单 可以简化到一条线 问题是材料 单元 实常数
主题帖子积分
那就看你分析的问题了，如果可以考虑成各向同性的话就比较简单一些，只是材料参数比较难弄。
如果你要考虑成各向异性的，在ANSYS里面有材料模型，那么需要的材料参数也要多很多。
如果你找不到材料参数，你可能需要做大量的试验去取得这些参数。。。。
主题帖子积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
那个有没有这方面的建模资料啊 请上传一下
主题帖子积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
资料是没有的啊，因为在ANSYS中建模，如果加上很多假设，那是相当复杂的
主题帖子积分
学徒工, 积分 14, 距离下一级还需 86 积分
学徒工, 积分 14, 距离下一级还需 86 积分
设定参数，再计算
曾经我是一个纯情的种子，后来下来一场雨，淹死了...
主题帖子积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
学徒工, 积分 1, 距离下一级还需 99 积分
哥们，你的问题解决了吗，可不可以教教我啊，我也是这问题啊。谢谢了
郑重声明：本论坛属技术交流，非赢利性论坛。 本论坛言论纯属发表者个人意见，与“中国机械CAD论坛”立场无关。 涉及政治言论涉黄涉枪涉毒一律删除，请所有会员注意. 论坛资源由会员从网上收集整理所得，版权属于原作者. 论坛所有资源是进行学习和科研测试之用，请在下载后24小时删除， 本站出于学习和科研的目的进行交流和讨论，如有侵犯原作者的版权， 请来信告知，我们将立即做出整改，并给予相应的答复，谢谢合作！我们的邮件地址是您的位置： &
各向异性层合阻尼材料的模态应变能分析
摘　要：将大型有限元软件ANSYS10．0引入到各向异性层合阻尼材料的结构分析中，应用基于应变能的模态分析方法研究了各向异性层合阻尼材料的固有频率和总应变能分布随材料主控参数的变化情况，为进一步分析各向异性层合阻尼结构的阻尼性能奠定基础。分析结果表明：主控层第5层的纤维铺设角度和第2层的铺层厚度分别取90°和0．5mm时试件的结构损耗性能最优。
优质期刊推荐ANSYS电磁场分析指南第二章
发表时间： && 作者: 安世亚太&&来源: e-works
关键字: &&&
& 第二章2-D静态磁场分析 2.1什么是静态磁场分析 　　静态磁场分析考虑由下列激励产生的静态磁场： ?永磁体 ?稳态直流电流 ?外加电压 ?运动导体 ?外加静磁场 静磁分析不考虑随时间变化效应，如涡流等。它可以模拟各种饱和非饱和的磁性材料和永磁体。 静磁分析的分析步骤根据以下几个因素决定： ?模型是2－D还是3－D ?在分析中，考虑使用哪种方法。如果静态分析为2－D，就必须采用在本章内讨论的矢量位方法。对于3－D静态分析，你可选其中标量位方法（第5章）、矢量位方法（第9章）、或者棱边元方法（第6章）。 2.2二维静态磁场分析中要用到的单元： 2-D模型要用二维单元来表示结构的几何形状。虽然所有的物体都是三维的，但在实际计算时首先要考虑是否能将它简化成2-D平面问题或轴对称问题，这是因为2-D模型建立起来更容易，运算起来也更快捷。 ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Emag模块提供了一些用于2-D静态磁场分析的单元（如下表）。 详细情况参见《ANSYS单元手册》。 表2-12-D实体单元
形状或特性
四边形，4节点 或三角形，3节点
最多可达每节点4个；可以是磁矢势(AZ)、位移、温度或时间积分电势。
四边形，8节点 或三角形，6节点
最多可达每节点4个；可以是磁矢势(AZ)、时间积分电势、电流或电动势降。 表2-2. 远场单元
形状或特性
线型，2节点
磁矢势(AZ)
四边形，4个或8个节点
磁矢势(AZ)、电势、温度 表2-3. 通用电路单元
形状或特性
通用电路单元，最多可6节点
每节点最多可有三个；可以是电势、电流或电动势降
通常与磁场耦合时使用 2-D单元用矢量位方法（即求解问题时使用的自由度为矢量位）。因为单元是二维的，故每个节点只有一个矢量位自由度：AZ(Z方向上的矢量位)。时间积分电势(VOLT)用于载流块导体或给导体施加强制终端条件。 还有一个附加的自由度，电流(CURR)，是载压线圈中每匝中的电流值，便于给源线圈加电压载荷，它常用于载压线圈和电路耦合。当电压或电流载荷是通过一个外部电路施加时，就需要CIRCU124单元具有AZ、CURR和EMF（电动势降或电势降）这几个自由度。（关于电磁电路耦合的更详细信息，参见《ANSYS耦合场分析指南》）。 2.3静态磁场分析的步骤 静态磁场分析分以下五个步骤： 1.创建物理环境 2.建立模型，划分网格，对模型的不同区域赋予特性 3.加边界条件和载荷（激磁） 4.求解 5.后处理（查看计算结果） 下面将详细讨论这几个步骤，在本章末，还有一个螺线管电磁铁的2－D静态分析例题。这个例题是以ANSYS图形用户界面的方式来做的，并且还给出了相应的ANSYS命令格式。 2.3.1创建物理环境 在定义一个分析问题的物理环境时，进入ANSYS前处理器，建立这个物理物体的数学仿真模型。按照以下步骤来建立物理环境： 1、设置GUI菜单过滤 2、定义分析标题（/TITLE） 3、说明单元类型及其选项（KEYOPT选项） 4、定义单元坐标系 5、设置实常数和单位制 6、定义材料属性 2.3.1.1设置GUI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：Main Menu&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2-D静态磁场分析的单元。 分页 2.3.1.2定义分析标题 给你所进行的分析一个能够代表所分析内容的标题，比如“2-D solenoid actuator static analysis”，确认使用一个能够与其他相似物理几何模型区别的标题。用下列方法定义分析标题。 命令：/TITLE GUI:： Utility Menu&File&Change Title 2.3.1.3定义单元类型及其选项 与其他分析一样，进行相应的单元选择，详细过程参见《ANSYS基本过程指南》。 各种不同的单元组合在一起，成为具体的物理问题的抽象模型。根据处理问题的不同，在模型的不同区域定义不同的单元。例如，铁区用一种单元类型，而绞线圈需要用另一种单元类型。你所选择的单元及它们的选项（KEYOPTs，后面还要详细讨论）可以反映待求区域的物理事实。定义好不同的单元及其选项后，就可以施加在模型的不同区域。 下面的表格和图形显示在2-D分析中存在两种不同区域。
DOF: AZ 材料特性：MUr (MURX), rho (RSVX) (如要计算焦耳热)
DOF: AZ 材料特性：MUr(MURX)或B-H曲线(TB命令)
DOF: AZ 材料特性：MUr (MURX)或B-H曲线(TB命令)，Hc(矫顽力矢量 　　　　　MGXX,MGYY) 注：永磁体的极化方向由矫顽力矢量和单元坐标系共同控制。
载流绞线圈
DOF: AZ 材料特性：MUr(MURX) 特殊特性：加源电流密度JS(用BFE,,JS命令) 注：假定绞线圈内有不受外界影响的ＤＣ电流。可以根据线圈匝数，每匝中的电流和线圈横截面积来计算电流密度。
载压绞线圈
DOF: AZ,CURR 材料特性：MUr (MURX), rho (RSVX) 实常数：CARE,TURN,LENG,DIRZ,FILL 特殊特性：加电压降VLTG(用BFE命令)，耦合CURR自由度。 注：用单元PLANE53建模，外加电压不受外界环境影响。
DOF: AZ 材料特性：MUr (MURX)或B-H曲线(TB命令), rho (RSVX) 实常数：VELOX,VELOY,OMEGAZ,XLOC,YLOC 注：运动物体不允许在空间上有“材料”的改变。 用PLANE13和PLANE53单元表示所有的内部区域，包括铁区，导电区，永磁体区和空气等。 分页 模拟一个平面无边界问题，可采用2节点边界元INFIN9或4/8节点边界元INFIN110。INFIN9或INFIN110能模拟磁场的远场衰减，而且相对于给定磁流平行或垂直边界条件而言，远场单元可得到更好的计算结果。 大多数单元类型都有关键选项（KEYOPTs），这些选项用以修正单元特性。例如，单元PLANE53有如下KEYOPTs： KEYOPT（1）选择单元自由度 KEYOPT（2）指定单元采用通用速度方程还是不计速度效应 KEYOPT（3）设定平面或轴对称选择 KEYOPT（4）设置单元坐标系类型 KEYOPT（5）说明单元结果打印输出选项 KEYOPT（7）保存磁力，用以与有中间节点或无中间节点结构单元进行耦合 每种单元类型具有不同的KEYOPT设置，同一个KEYOPT对不同的单元含义也不一样。KEYOPT（1）一般用于控制附加自由度的采用，这些附加自由度用来模拟求解区间内不同的物理区域（例如，绞线导体、大导体、电路耦合导体等）。关于KEYOPT设置的详细情况参见《ANSYS单元手册》。 设置单元关键选项的方式如下： 命令：ET KEYOPT GUI：Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/delete 2.3.1.4定义单元坐标系 如果你的材料是分层的（迭片材料），或者永磁材料的极性是任意的，那么定义完单元类型及选项后，还需要说明单元坐标系（缺省为全局笛卡尔坐标系），这首先要定义一个局部坐标系（通过原点坐标及方向角来定义），方式如下： 　　命令：LOCAL GUI:Utility Menu&WorkPlane&Local Coordinate Systems&Create
Local CS&At Specified Loc 　　局部坐标系可以是笛卡尔坐标系、柱坐标系（圆或椭圆）、球坐标系或环形坐标系。一旦定义了一种或多种局部坐标系，就需设置一个指针，确定即将定义的单元的坐标系，设置指针的方式如下： 　　命令：ESYS 　　GUI: Main Menu&Preprocessor&-Attributes-Define&Default Attribs Main Menu&Preprocessor&Create&Elements&Elem Attributes Main Menu&Preprocessor&Operate&Extrude/Sweep 2.3.1.5定义单元实常数和单位制 　　单元实常数和单元类型密切相关，用Ｒ族命令（如R,RMODIF等）或其相应菜单路径来说明。在电磁分析中，你可用实常数来定义绞线圈的几何形状、绕组特性以及描述速度效应等。当定义实常数时，要遵守如下二个规则： 1. 必须按次序输入实常数，详见《ANSYS单元手册》中的列表。 2. 对于多单元类型模型，每种单元采用独立的实常数组（即不同的REAL参考号）。但是，一个单元类型可注明几个实常数组。 命令：R GUI：Main Menu&Preprocessor&Real Constants 系统缺省的单位制是MKS制（米－安培－秒），你可以改变成你所习惯的一种新的单位制，但载压导体或电路耦合的导体必须使用MKS单位制。一旦选用了一种单位制，以后所有的输入均要按照这种单位制。 　　命令：EMUNIT GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Electromag Units 根据所选定的单位制，空气的导磁率μ0＝4π×10－-7H/M（在MKS制中），或μ0＝EMUNIT命令（或其等效的图形用户界面路径）定义的值。 2.3.1.6定义材料特性 你的模型中可以有下列一种或多种材料区域：空气（自由空间），导磁材料，导电区和永磁区。每种材料区都要输入相应的材料特性。 ANSYS程序材料库中有一些已定义好材料特性的材料，可以直接使用它们，也可以修改成需要的形式再使用。ANSYS材料库中已定义好的材料如下：
材料性质文件
Copper（铜）
emag Copper. SI_MPL
M3 steel（钢）
emag M3. SI_MPL
M54 steel（钢）
emag M54. SI_MPL
SA1010 steel（钢）
emag Sa1010. SI_MPL
Carpenter steel（硅钢）
emag Silicon. SI_MPL
Iron Cobalt Vanadium steel（铁－钴－钒－钢）
emag Vanad. SI_MPL 该表中铜的材料性质定义有与温度有关的电阻率和相对导磁率，所有其他材料的性质均定义为B－H曲线。对于列表中的材料，在ANSYS材料库内定义的都是典型性质，而且已外推到整个高饱和区。你所需的实际材料值可能与ANSYS材料库提供值有所不同，因此，必要时可修正所用ANSYS材料库文件以满足用户所需。 分页 2.3.1.6.1访问材料库文件： 下面介绍读写材料库文件的基本过程。详细参见《ANSYS入门指南》和《ANSYS基本过程手册》。 读材料库文件，进行以下操作： 1. 如果你还没有定义好单位制，用/UNITS命令定义。 注意：缺省单位制为MKS,GUI列表只列出当前被激活单位制的材料库文件。 　　2. 定义材料库文件所在的路径。（你需要知道系统管理员放置材料库文件的路径） 　　命令：/MPLIB,read,pathdata GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Library Path 3. 将材料库文件读入到数据库中。 　　命令：MPREAD,filename,,,LIB GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Import Library Main Menu&Preprocessor&Loads&-Load Step Opts-Other&Change Mat Props&Material Library&Import Library 写材料库文件，进行以下操作： 1. 用MP命令或菜单Main Menu&Preprocessor&Material Props&Isotropic编辑材料性质定义，然后将改后的材料特性写回到材料库文件当中去。 2.在前处理器中执行下列命令： 命令：MPWRITE,filename,,,LIB,MAT GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Export Library 2.3.1.6.2定义材料属性和实常数的一般原则 下面讲述关于设置物理模型区域的一般原则。在“2-D谐波（AC）分析”中也详细描述了2-D模型中需要设定的一些特殊区域。 1）空气： 　　说明相对磁导率为1.0。 　　命令：MP,murx GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material　Models & Electromagnetics & Relative Permeability &Constant 2）导磁材料区： 　　说明B-H曲线，可以从库中读出，也可以自己输入。 命令：MPREAD,filename,… GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Library&Import Library 命令：TB, TBPT 　　GUI:Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Electromagnetics& BH Curve * 输入B-H曲线必须要遵守的规则： 1.B与H要一一对应，且应B随H是单调递增，如图1所示。B-H曲线缺省通过原点，即（0，0）点不输入。用下面的命令验证B-H曲线： 命令：TBPLOT GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Electromagnetics&BH Curve 2. ANSYS程序根据B-H曲线自动计算n-B2曲线（n为磁阻率），它应该是光滑且连续的，可用TBPLOT命令来验证，如图1所示。 3. B-H曲线应覆盖材料的全部工作范围，确保足够多的数据点以完整描述曲线．如果需要超出B-H曲线的点，程序按斜率不变自动进行外延处理，你可以如下改变X-轴的范围并用TBPLOT命令画图来观察其外推情况。 命令：/XRANGE GUI: Utility Menu&PlotCtrls&Style&Graphs　　
其他原则： 1．如果材料是线性的，那只需如下说明相对磁导率mr（可以是各向同性或各向异性）。 　　命令：MP,murx GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models& Electromagnetics & Relative Permeability&Constant 2．如果对同一种材料既定义了非线性的B-H曲线，又定义了相对磁导率，ANSYS将只使用其相对磁导率。 3．各向异性材料的相对磁导率可用MP命令的MURX、MURY、MURZ域来分别进行定义，联合使用B-H曲线和相对磁导率可定义正交各向异性材料的其中一个方向的非线性行为（如叠片铁磁材料）。要在材料的某个方向上定义B-H曲线，只需将该方向上的相对磁导率定义为零即可。例如，假设对材料2定义了B-H曲线，而只希望该B-H曲线作用在材料的Y轴上，而材料的X轴和Z轴都只定义相对磁导率1000，则可按如下步骤完成 mp,murx,2,1000 mp,mury,2,0!read B-H curve for material 2 mp,murz,2,1000 分页 2.3.1.7源导体区： 　　源导体即连有外部电流“发生器”（提供稳恒电流）的导体，当你要计算焦耳热损耗时需说明它的电阻率，电阻率可以是各向同性或正交各向异性。 　　命令：MP,rsvx GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models& Electromagnetics&
Resistivity&Isotropic 在静态分析中，阻抗仅仅用于损耗计算。 2.3.1.8运动导体区域： 对一个运动导体进行分析（速度效应），要规定各向同性电阻率（以上所示方法）。 可求解运动体在特定情况下的电磁场，这些特定情况为：运动体本身表现为一种均匀运动体，亦即运动“材料”在空间保持不变，如图2所示的两种情况： ?第一种情况，一个实体转子绕轴以一个不变速率旋转。
?第二种情况，一个“无限”长导体以不变的速度平移。 诸如开槽转子以不变速度旋转等情形就不能考虑速度效应，因为这种情况下，电机中的“槽”就表示了旋转体在材料上不连续。另外，有限宽的平移导体在磁场中移动也不能考虑速度效应。典型的能考虑速度效应的例子是实体转子感应电机，直线感应电机和涡流制动系统等。 静态分析要求输入运动导体的平移速度或旋转速率，速度值和转动中心点坐标通过单元实常数来定义。速度效应通过单元关键选项来激活，而且只有PLANE53单元有此功能。 2.3.1.9运动体分析的实常数有： ?VELOX，VELOY ―在总体直角座标系的X和Y方向上的速度分量。 ?OMEGAZ ―关于总体直角座标系Z轴的角(旋转)速度(以周/秒(HZ)表示)。 ?XLOC，YLOC ―转动中心点在总体直角座标系上的X、Y坐标值。 运动体电磁分析问题的分析结果精度与网格的精细程度、磁导率、电导率和速度相关，可用磁雷诺数（Reynolds Number）来表示： Mre＝μvd /ρ 式中μ为磁导率、ρ为电阻率、v为速度、d为导体有限元单元的特征长度（沿运动方向），磁雷诺数只在静态或瞬态分析中有意义。 运动方程只是在磁雷诺数相对小时才有效和精确，典型量级为1.0，高雷诺数时精度随问题而变化。在后处理中可计算和获得磁雷诺数。除磁场解外，还可在在后处理中得到由速度引起的电流，即速度电流密度（JVZ）。 2.3.1.10永磁区： 需要说明永磁体的退磁B-H曲线（如果是线性，可用相对导磁率）和磁矫顽力矢量(MGXX,MGYY或MGZZ)。 命令：MP GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Electromagnetics&BH Curve 退磁B-H曲线通常在第二象限，但需按第一象限输入，在输入的H值中要增加一个＂偏移量＂Hc（定义如下），图3显示了实际退磁曲线和ANSYS退磁曲线的差别。
Hc为矫顽力矢量的幅值，矫顽力矢量常和单元坐标系一起定义永磁体的极化轴方向。 分页 下面例题所示为一个条形磁体在总体坐标X－Y平面内处于与X轴呈300夹角的轴线上, 磁体单元被假定赋予一个局部单元座标系，该局部坐标系的X轴与极化方向一致。本例还展示了磁体退磁特性和相应的材料性质输入。 /PREP7 HC=3000! 矫顽力 BR=4000! 剩磁感应强度 THETA=30! 永磁体极性方向 *AFUN,DEG! 角度以度表示 MP,MGXX,2,HC! 矫顽力X分量 ! B-H 曲线: TB,BH,2! 材料号2的B－H曲线 TBPT,DEFI,-3000+HC,0! 偏移后的B－H曲线 TBPT,,-2800+HC,500! 第一点“DEFI”缺省 TBPT,,-2550+HC,1000 TBPT,,-2250+HC,1500 TBPT,,-2000+HC,1800 TBPT,,-1800+HC,2000 TBPT,,-1350+HC,2500 TBPT,,-900+HC,3000 TBPT,,-425+HC,3500
TBPT,,0+HC,4000 TBPLOT,BH,2! 绘制B－H曲线
图4展示了在第一象限内创建的永磁体B－H曲线，在ANSYS命令手册中，对*AFUN、MP、TB、TBPLOT等命令有更详细的描述。 联合使用一条B－H曲线和正交相对磁导率，可以描述非线性正交材料（叠片结构）。在每一个相对磁导率为零的单元坐标系方向上，ANSYS将使用该B-H曲线。 分页 2.3.1.11载压绞线圈： 对载压绞线圈，要定义电阻率。按如下方式定义： 　　命令：MP,rsvx GUI: Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models& Electromagnetics&Resistivity&Isotropic 绞线圈是按＂Ｎ＂形缠绕的单股连续型线圈，如下图图5所示。对这样的线圈要定义各向同性（且只能是各向同性）电阻值。 　　载压绞线圈只能用PLANE53单元来建模，还需要定义下列实常数: 　　CARE　线圈横截面积。无论对称性如何，此常数代表绞线型线圈的实际物理面积。 TURN　线圈总匝数。无论对称性如何，此常数代表绞线型线圈的实际总匝数。 LENG　Z-方向上线圈长度。在2-D平面分析中，此常数代表线圈的实际长度。 DIRZ　电流方向，详见单元手册对PLANE53的描述。 FILL　线圈填充因子。此常数代表线圈组在线圈横截面积中所占的比例，它影响 线圈的电阻值（还可以用它来“调正”线圈电阻值）。
2.3.2建模，分网，指定特性 建模过程可参照《ANSYS建模和分网指南》，然后在模型各个区域内指定特性（单元类型、选项、单元坐标系、实常数和材料性质等，参见“（－）建立物理环境”部分。 　　通过GUI为模型中的各区赋予特性： 　　1. 选择Main Menu&Preprocessor&-Attributes-&Define&Picked Areas 　　2. 点击模型中要选定的区域。 　　3. 在对话框中为所选定的区域说明材料号、实常数号、单元类型号和单元坐标系号。 　　4. 重复这些步骤，直至处理完所有区域。 　　通过命令为模型中的各区赋予特性： 　ASEL（选择模型区域） MAT（说明材料号） REAL（说明实常数组号） TYPE（指定单元类型号） ESYS（说明单元坐标系号） 　　指定完毕各区域特性后，就可划分有限元网格了，详见《ANSYS建模和分网指南》。 2.3.3施加边界条件和载荷　 　　既可以给实体模型（关键点、线、面）也可以给有限元模型（节点和单元）施加边界条件和载荷，在求解时，ANSYS程序自动将加到实体模型上载荷转递到有限元模型上。 通过一系列级联菜单，可以实现所有的加载操作。当选择Main Menu & Solution & －Loads－ & Apply & －Magnetic－时，ANSYS程序将列出所有的边界条件和三种载荷类型。然后选择合理的类型和合理的边界条件或载荷。对于一个2－D静态分析，能选择的边界条件和载荷如下：
-Boundary-
-Excitation-
-Vector Poten-
-Curr Density-
Comp. Force
-Curr Segment-
On Keypoints
On Keypoints
-Infinite Surf-
On Keypoints
-Flux Par&l-
On Elements
-Maxwell Surf-
Voltage Drop
-Flux Normal-
-Virtual Disp-
On Keypoints
Periodic BCs
On Nodes 例如，施加电流密度到单元上，GUI路径如下： GUI：Main Menu&Preprocessor&-Loads-&Apply&-Magnetic-& -Excitation-&-Curr Density -& On Elements 在菜单上你可以见到列出的其他载荷类型或载荷，假如它们呈灰色，就意味着在2-D静态分析中不能加该载荷，或该单元类型的KEYOPT选项设置不合适。另外，也可以通过ANSYS命令来输入载荷。 要列出已存在的载荷，方式如下:
GUI: Utility Menu&List&Loads&load type 下面将详细描述可以施加的各种载荷： 分页 2.3.3.1边界条件 2.3.3.1.1磁矢量位(AZ) 通过指定磁矢量位，可以定义磁力线平行、远场、周期性边界、以及外部强加磁场等条件。下表列出了每种边界条件需要的AZ值：
磁力线垂直
不需要（自然边界条件，自然满足）
磁力线平行
说明AZ=0，用D命令或GUI路径Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply&-Magnetic-Boundary&-Vector Poten-Flux Par’l-On Lines or On Nodes
用远场单元INFIN9（只用于平面分析）和INFIN110
用PERBC2D宏在节点上创建奇对称或偶对称周期性边界条件，或用GUI路径Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply&-Magnetic-Boundary& -Vector Poten-Periodic BCs。
外部强加磁场
令AZ等于一非零值。用GUI路径Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply&-Magnetic-Boundary&-Vector Poten-Flux Par’l-On Lines/On Nodes 磁力线平行边界条件强制磁力线平行于表面。 磁力线垂直边界条件强制磁力线垂直于表面，是自然边界条件，自然得到满足。 使用远场单元INFIN9和INFIN110来表示模型的无限边界时，无需说明远场为零边界条件。 如果模型具有周期性，或者通量的特性具有重复性，可用PERBC2D宏命令来定义周期性边界条件。 对于外部强加磁场，直接在合适的区域施加非0的AZ值就行了。 2.3.4加励磁载荷 2.3.4.1源电流密度(JS) 　　此载荷给源导体加电流，在国际单位制中JS的单位为安培／米2。在2-D分析中，只有JS的Z分量是有效的，在平面分析中正值表示电流向+Z方向，在轴对称分析中正值表示电流向-Z 方向。 　　对绞线圈或块导体来说，电流一般是均匀分布的．通常直接将源电流密度载荷加给单元。 命令：BFE GUI: Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply&-Magnetic-Excitation-Curr Density-On Elements 详细情况参见《ANSYS命令手册》。 同样，也可以用BFA命令把源电流密度施加到实体模型上。用BFTRAN或SBCTRAN命令，把施加到实体模型上的源电流密度转换到有限元单元模型上。 2.3.4.2电压降(VLTG) 此载荷给绞线圈加电压降，只能用MKS单位制。只有对使用了AZ和CURR自由度的PLANE53单元（参见PLANE53单元的KEYOPT(1)选项）才能使用电压降（VLTG）载荷。 电压降可使用BFE命令加在单元上，也可以用BFA命令加在实体模型的某些面上。用BFTRAN或SBCTRAN命令，把施加到实体模型上的电压降（VLTG）载荷转换到有限元单元模型上。 因为CURR表示线圈每匝的电流，而线圈中的电流值是唯一的，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）。 用下列方式进行： 　　命令：CP GUI:Main Menu&Preprocessor&Coupling/Ceqn&Couple DOFs 2.3.5 施加标志 2.3.5.1 力标志 　　用FMAGBC宏对需要进行力和力矩计算的部件施加标志，该宏自动施加虚位移和Maxwell面标志（后面介绍）。建模时，在需要进行力和力矩计算的部件周围，至少要包围一层空气单元。对需要进行力和位移计算的部件的单元命名为一个元件 (Component)，再按下列方式使用FMAGBC宏： 命令： FMAGBC,Cnam GUI： Main Menu&Preprocessor&Loads&-Loads-Apply&-Magnetic-Flag&Comp. Force/Torq 在后处理器中使用FMAGBC和TORQSUM宏命令，就可以列出力和力矩的结果。 2.3.5.2 无限表面标志(INF) 　这不算真实意义的加载，是有限元方法计算开域问题时，加给无限元（代表物理模型最边缘的单元）的标志。 2.3.6 其他加载 2.3.6.1 电流段(CSGX) 该载荷是一种节点电流载荷，不常使用。在轴对称分析中的电流段为2pr*电流。在MKS单位制中电流段的单位是安培－米。 电流方向沿Z方向，与自由度AZ保持一致。比如，可以用多个电流段表示一个片状电流。关于在节点上分布式加载的详细讨论参见《ANSYS建模与分网指南》。 2.3.6.2 Maxwell面(MXWF) Maxwell面不是真正意义上的载荷，它只是表明在这个表面要进行磁场力分布的计算。在flag选项中选择MXWF就行了。 通常，把Maxwell面标志施加在邻近分界面的空气单元上。ANSYS用Maxwell应力张量方法计算铁区－空气分界面上的力，并将结果存储到这些空气单元中。在POST1后处理器中对它们求和，可以得到作用到该部分上的合力，并可将这些分布力转换到后续的结构分析中。 　　可以同时定义多个元件，但这些元件不能共用空气单元。(比如在两个部件间只建了一层单元，就会发生共用。) 2.3.6.3 磁虚位移(MVDI) 　　磁虚位移标志也不是真正意义上的载荷，它只表示给模型中要计算力的部件施加标志。和Maxwell面的作用相同，只不过用的是虚功方法。 　　在感兴趣区的所有节点上说明MVDI=1.0，在邻近的空气区节点上说明MVDI=0.0(缺省设置)。也可以说明MVDI&1.0，但是通常不用。计算得到的力结果就贮存在邻近的空气单元中。
邻近的感兴趣区域的空气单元带最好是等厚度的。在POST1中，可以将每个空气单元中的力进行求和以得到合力。 分页 2.3.7 求解 下面描述进行2-D静态磁场分析求解的基本过程。 2.3.8 定义分析类型 在定义分析类型和分析将用的方程求解器前，要先进入SOULUTION求解器。 命令：/SOLU GUI:Main Menu&Solution 说明分析类型，用下列方式： ?GUI：选择Main Menu&Solution&New Analysis并选择 static 。 ?如果是新的分析，使用命令ANTYPE，STATIC,NEW. 如果是需要重启动一个分析（重启动一个未收敛的求解过程，或者施加了另外的激励），使用命令ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的结果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB还可用，就可以重启动2-D静态磁场分析。 2.3.9定义分析选项 你可选择下列任何一种求解器： ?Sparse solver ?Frontal solver (缺省值) ?Jacobi Conjugate Gradient (JCG) solver ?JCG out-of-memory solver ?Incomplete Cholesky Conjugate Gradient (ICCG) solver ?Preconditioned Conjugate Gradient solver (PCG)
?PCG out-of-memory solver 用下列方式选择求解器： 　　　命令：EQSLV GUI:Main Menu&Solution&Analysis Options 对于2－D模型，推荐用Sparse solver和Frontal solver求解器。对于非常大的模型，JCG或PCG求解器可能会更有效。载压模型或包括了速度效应的模型会产生不对称矩阵，只能用Sparse 、Frontal 或ICCG求解器求解。载流模型只能用Sparse 或Frontal求解器。要计算微分自感矩阵和连接所有线圈的总通量(LMATRIX)，只能用frontal求解器。 2.3.10 备份数据库 　　用工具条中的SAVE_DB按钮来备份数据库，如果计算机出错，可以方便地恢复需要的模型数据。恢复模型时，重新进入ANSYS，用下面的命令： 　　命令：RESUME GUI:Utility Menu&File&Resume Jobname.db 2.3.11 开始求解 对于非线性分析，采用二步顺序求解： 1．在前面3到5子载荷步内让载荷斜坡变化，每一子步只有一个平衡迭代。 2．计算最后解一个子步，有5到10次平衡迭代。 用下面方式定义： 命令：MAGSOLV(OPT域设为0) GUI:Main Menu&Solution&Electromagnet&Opt&Solv 也可手动分布设置求解，详细参见17章“其他分析选项和求解方法”。 2.3.12 收敛图形跟踪 进行非线性电磁分析时，ANSYS在每次平衡迭代都计算收敛范数，并与相应的收敛标准比较。求解时，在批处理和交互式方式中，图形求解跟踪（GST）特性都要显示计算的收敛范数和收敛标准。在交互式时，缺省为图形求解跟踪（GST）打开，批处理运行时，为GST关闭。用下列方法之一，GST可打开或关闭： 命令：/GST GUI： Main Menu & Solution　& Output Ctrls & Grph Solu Track 图7是一个典型的GST图形。 2.3.13 完成求解 　　命令：FINISH GUI:Main Menu&Finish 2.3.14 计算电感矩阵和总的磁链 对于由多个线圈构成的多线圈系统，用LMATRIX宏可计算系统的差分电感矩阵和每个线圈中的总磁链。方式如下： 命令：LMATRIX GUI：Main Menu&Solution&Electromagnet&-Static Analysis-&Induct Matrix 计算多线圈系统的微分电感矩阵和每个线圈中的总磁链需要多个处理步骤。首先应对线圈单元指定部件名，定义名义电流，然后用Frontal求解器对一工作点进行名义求解，详见第11章“磁宏”和《ANSYS理论手册》。
分页 & 2.3.15 观察结果 　　ANSYS和ANSYS/Emag程序将计算结果贮存到结果文件Jobname.RMG中去，其中包括：　 2.3.15.1主数据： 　　节点自由度(AZ,CURR) 2.3.15.2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) 　　单元源电流密度(JSZ) 　　单元速度电流密度(JVZ) 　　单位体积内的焦耳热(JHEAT) 等等 每种单元都有其特定的输出数据，详见《ANSYS单元手册中》。 　　可在通用后处理器中观看处理结果。 　　命令：/POST1 GUI:Main Menu&General Postproc 下面“从结果文件中读入数据”讨论一些静态磁场分析的典型后处理操作。要了解所有后处理操作的描述，请参见《ANSYS基本过程指南》。 2.3.16从结果文件中读入数据 若希望在POST1后处理器中查看结果，进行求解后的模型数据库必须存在。同时，结果文件Jobname.RMG也应该存在。方式如下： 　　命令：SET GUI:Utility Menu&List&Results&Load Step Summary 如果模型不在数据库中，需用RESUME命令后再用SET命令或其等效路径读入需要的数据集。 　　命令：RESUME GUI:Utility Menu&File&Resume Jobname.db 要观察结果文件中的解，请使用LIST 选项。可以分别看不同加载步及子步或者不同时间点的结果数据集。如果输入时刻的数据集不存在，ANSYS利用相邻结果数据集进行线性内插得到该时刻的数据。 2.3.16.1 磁力线 　　磁力线表示AZ为连续常数的线（在轴对称中，表示“AZ×半径”为连续常数的线）。 命令：PLF2D GUI:Utility Menu&Plot&Results&Flux Lines 2.3.16.2 等值线 　　等值线几乎可以显示任何结果数据（如磁通密度，磁场强度，总电流密度（JTZ））。 命令：PLNSOL PLESOL GUI:Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Elem Solution Utility Menu&Plot&Results&Contour Plot&Nodal Solution 注意：导出数据（如磁通密度和磁场强度）的节点等值线显示的是在节点上作平均后的数据。 在PowerGraphics模式（缺省值）下，可以观察不连续材料任何位置的节点平均值。通过下列方式打开PowerGraphics模式： 命令：/GRAPHICS, POWER
GUI：Utility Menu&PlotCtrls& Style&Hidden-Line Options. 2.3.16.3 矢量显示 矢量显示(不要与矢量模式混淆)可以方便地观看一些矢量（如B, H和FMAG）的大小和方向。 命令：PLVECT GUI:Utility Menu&Plot&Results&Vector Plot 对于矢量列表显示，使用下列方式： 命令：PRVECT GUI:Utility Menu&List&Results&Vector Plot 2.3.16.4表格显示 在列表显示之前，可先对结果进行按节点或按单元排序： 命令：ESORT NSORT GUI:Main Menu&General Postproc&List Results&Sort Nodes Main Menu&General Postproc&List Results&Sort Elems 然后再进行列表显示： 命令：PRESOL PRNSOL PRRSOL GUI:Main Menu&General Postproc&List Results&Element Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Reaction Solu 分页 2.3.16.5 磁力 ANSYS可计算三种磁力： ?　洛伦兹力(J&B力) 程序自动对所有的载流单元进行受力计算，选择这些载流单元后，可用PRNSOL,fmag命令对这些单元力进行列表。 也可进行求和，首先，将这些单元力移入到单元表中： 命令：ETABLE,tablename,fmag,x(或y) GUI:Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table 然后，对单元表进行求和： 　　命令：SSUM GUI:　Main Menu&General Postproc&Element Table&Sum of Each Item 对于需要进行专门计算的组件，在该部件上标记了Maxwell面和虚功力标志后，可用FMAGBC宏很方便地求和： 　　命令：FMAGSUM GUI:　Main Menu&General Postproc&Elec&Mag Calc&-2D and 3D-Comp. Force ?　Maxwell力 加了MXWF标志的面，可计算Maxwell力。对Maxwell力进行列表（首先选择所有单元，然后在执行如下命令或GUI）： 命令：PRNSOL,fmag GUI:Main menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution 再如洛伦兹力中所述，将这些力求和可得到表面上合力。 ?　虚功力 定义感兴趣组件附近的空气单元为MVDI，可以计算虚功力。要获取这些力，请选择这些空气单元，然后利用单元的NMISC记录，用ETABLE命令按顺序号（snum）存储这些力。 命令：ETABLE,tablename,nmisc,snum GUI:Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table 一旦将数据移入到数据表中后，就可用PRETAB命令进行列表，再用SSUM命令求和。用PLESOL和PRESOL命令根据NMISC号访问结果文件。 命令：PRETAB GUI: Main Menu&General Postproc&Element Table&List Elem Table 再如洛伦兹力中所述，将这些力求和可得到表面上合力。 2.3.16.6 力矩 ANSYS可计算三种磁力矩： ?　洛伦兹力矩(J&B力矩) 程序自动对所有的载流单元进行力矩计算，选择这些载流单元后用ETABLE命令（或者其等效GUI路径）加上单元力矩值的序列号（NMISC记录），将这些单元力矩移入到单元表中（参见《ANSYS单元手册》表4.13-3和4.53-3）： 　　　　命令：ETABLE,tablename,NMISC,snum GUI:Main Menu&General Postproc&Element Table&Define Table 当力矩移动到单元表后，可以用下列方式列出力矩值： 命令：PRETAB GUI：Main Menu&General Postproc&Element Table&List Elem Table 也可以用PLESOL和PRESOL命令加上NMISC号列出结果。 对单元表进行求和，得到总力矩： 　　　　命令：SSUM GUI:　Main Menu&General Postproc&Element Table&Sum of Each Item ?　Maxwell力矩 ANSYS自动对定义了“Maxwell表面”标志“MXWF”的单元计算Maxwell力矩，其求解力矩的过程与求解洛伦兹力矩的过程一样。如果通过FMAGBC将力设定为边界条件，则可通过下面的命令或菜单方便地获取力矩值： 命令：TORQSUM GUI：Main Menu&General Postproc&Elec&Mag Calc&-2D-Comp. Torque ?　虚功力矩 对于那些在感兴趣部件相邻区域设定了MVDI标记的一层空气单元，ANSYS自动计算其虚功力矩，其求解力矩的过程与求解洛伦兹力矩的过程一样。如果通过FMAGBC将力设定为边界条件，则可通过下面的命令或菜单方便地获取力矩值： 命令：TORQSUM GUI：Main Menu&General Postproc&Elec&Mag Calc&-2D-Comp. Torque 2.3.16.7 线圈电阻及电感 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电阻及电感。对于导体区单元，使用ETABLE, tablename, NMISC, n命令或其等效路径来存储这些值，并对它们求和。（n为8表示电阻，n为9表示电感）。 用SSUM命令或其等效路径进行求和。 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。 2.3.16.8 计算其它感兴趣的项目 在后处理中，可以根据可用的结果数据，计算很多感兴趣的量（如总力、力矩、源输入能量、电感、磁链、终端电压等），ANSYS命令集支持下列宏用于各种计算： ?CURR2D宏计算2-D导体中的电流 ?EMAGERR宏计算静电场或静磁场分析中的相对误差 ?FLUXV宏计算通过闭合回路的磁通量 ?FMAGSUM宏计算作用到单元组元上的合力 ?FOR2D宏计算作用到导体上的磁力 ?MMF宏计算沿某指定路径的电动势降 ?PLF2D宏生成等位线 ?SENERGY宏计算模型中的磁场贮能和共能 ?TORQ2D宏计算磁场作用到导体上的扭矩 ?TORQC2D宏在一个圆形路径上计算磁场作用到导体上的扭矩 ?TORQSUM宏在单元部件上对二维平面问题的Maxwell和虚功力矩进行求和计算 详见第11章对“磁宏”的描述。 分页 2.4 算例----2-D螺线管致动器内静态磁场的分析（GUI方式） 2.4.1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）的受力情况和线圈电感。螺线管致动器如图8所示。 2.4.2参数说明：
线圈匝数，在后处理中用
磁路内支路厚度
磁路下支路厚度
磁路外支路厚度
线圈周围空间
ws=wc+2*space
w=ta+ws+tc
模型总宽度
h=hb+gap+td
模型总高度
acoil=wc*hc
jdens=n*i/acoil
线圈电流密度 2.4.3 处理方法和假设 假定线圈电流产生的磁通很小，铁区没有达到饱和，故只需进行线性分析的一次迭代求解。为简化分析，模型周围铁区的磁漏假设为很小，在法向条件下，可以在模型周围直接用空气来模拟漏磁影响。 由于假设模型边缘边界上没有磁漏，则通量与边界平行，用“flux parallel”施加模型的边缘边界条件。 对于稳态（DC）电流，可以以输入线圈面上的电流密度的形式输入电流。ANSYS的APDL可以通过线圈匝数、每圈电流、线圈面积计算电流密度。衔铁被专门标记出来，以便于进行磁力计算。 后处理中，用Maxwell应力张量方法和虚功方法分别处理电枢的受力，还得到了磁场强度及线圈电感等数据。 注意：本例题仅仅是众多2-D分析中的一个，不是所有分析都按相同的步骤和顺序进行。要根据材料特性或被分析的材料与周围条件的关系来决定要进行的分析步骤。 2.4.4 GUI实现 关于GUI方式的详细过程，参见ANSYS程序中自带的《ANSYS Tutorials》。 2.5 命令流实现 !/batch,list /PREP7 /TITLE,2D Solenoid Actuator Static Analysis ET,1,PLANE53! Define PLANE 53 as element type KEYOPT,1,3,1! Use axisymmetric analysis option MP,MURX,1,1! Define material properties (permeability) MP,MURX,2,1000! Permeability of backiron MP,MURX,3,1! Permeability of coil MP,MURX,4,2000! Permeability of armature
/com,! Set parameter values for analysis n=650! Number of coil turns i=1.0! Current per turn ta=.75! Model dimensions (centimeters) 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 area of coil (cm**2) jdens=n*i/acoil! Current density (A/cm**2) /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,3,1,1,0 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! Turn material numbers on ALLSEL,ALL APLOT! Plot areas SMRTSIZE,4! Set　smart size meshing level 4 (fine)
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 ALLSEL,ALL ARSCAL,ALL,,,.01,.01,1,,1! Scale model to MKS (meters) FINISH /SOLU ESEL,S,MAT,,3! Select coil elements BFE,ALL,JS,1,,,jdens/.01**2! Apply current density (A/m**2) ESEL,ALL NSEL,EXT! Select exterior nodes D,ALL,AZ,0! Set potentials to zero (flux-parallel) ALLSEL,ALL FINISH /SOLU MAGSOLV! Solve magnetic field SAVE FINISH /POST1 PLF2D! Plot flux lines in the model FMAGSUM! Summarize magnetic forces PLVECT,B,,,,VECT,ELEM,ON! Plot flux density as vectors /GRAPHICS,POWER! Turn PowerGraphics on AVRES,2! Don&t average results across materials PLNSOL,B,SUM! Plot flux density magnitude FINISH 2.6其它例题 在《ANSYS校验手册》中还有几个2-D静磁分析例题： VM165 --- 载流铁磁导体 VM172 --- 一个长而厚各向同性螺线管线圈应力分析 VM188 --- 载流导体的电磁力计算。
责任编辑：蒋汉桥
说的太好了，我顶！
Copyright & 2014
Corporation, All Rights Reserved
Processed in 0.0058 second(s), 3 db_queries,
0 rpc_queries}