入門｜Maxwell瞬態求解器電磁力分析

2017-03-15  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

問題描述:

求解一段通有正弦交流電的直導線在某一穩態磁場中的受力情況,并簡單驗證仿真結果。

模型介紹:

如上幾何模型中10mm邊長立方體代表永磁體,材料屬性為材料庫中的NdFe35,修改磁化方向為X方向,其他屬性不變,如下圖所示。其中黃色圓柱體代表銅導線,紅色框線代表求解區域(真空)。導線端面與求解域重合,電流不會泄漏以便順利計算。

Maxwell求解樹如下:

Solution type: Transient瞬態求解器

Boundaries:未指定,系統選取默認求解邊界。

Excitations: 添加繞組Wingding1,繞組激勵類型為電流(絞線),電流函數sin(pi*time),即周期為2秒,幅值為1A,初相位0的正弦曲線。(其他激勵形式可參考Maxwell 內部提供的函數庫)

然后在線圈上添加激勵加載面(銅線的兩個端面)。截面絞線導體數量相同都為1且電流方向一致。如下圖所示。

Parameters:選擇圓柱導線,然后添加右擊Parameters選擇Assign>Force即可。

Mesh Operations:對圓柱體劃分網格尺寸為0.4mm,磁鐵網格尺寸4mm。模型網格如下。

Tips:

Q1:如果發現上面的網格剖分結果不理想(太密或太疏),如何重新設置重新剖分?

A1:project manager--->Analysis---->右擊------>revert to initial mesh---->重新設置網格尺寸(這步操作必須要,否則,就算你重新設置了網格尺寸,你得到的依然是第一次網格剖分的結果)

Q2:從新設置網格尺寸后,怎么應用設置進行劃分,并查看網格劃分效果?

A2:操作方法:project manager--->Analysis---->右擊------>apply mesh operations;然后

project manager--->field overlaps---->右擊------>plot mesh---->彈出對話框----->DONE.

Analysis:

分析時間stop time 8s即剛好2個正弦周期,time step 0.1s。每一求解步都儲存結果云圖。

Result: 顯示輸入電流激勵曲線 result。右擊create transient report>rectangular plot

激勵輸入曲線如下。與之前設置的電流激勵函數符合。

同理在category中選force, quantity中選Fore1.force_z顯示出圓柱導體Z向分力曲線如下圖。

可以看出Z方向力輸出曲線與激勵輸入曲線的變化是完全一致的。由安培定律公式F=BIL也可以驗證輸入激勵電流I與輸出力F是完全成線性關系的。

圓柱導體磁感線云圖:

這里的磁感應強度B是根據真空中的磁導率公式B=u*H,以及導線和永磁體的距離求解得來。

簡單驗證:

可以取磁感線云圖的中間值進行簡單的理論驗算。B=0.569T,電流I取最大值1A,導線長度L由幾何模型可知L=0.010M,所以安培力理論值F=B*I*L=0.569*1*0.01=0.00569N=5.69mN。與模擬計算Z向分力波峰值5.2mN基本一致,仿真結果可信。

轉自: 作者:Peake,轉載自公眾號ANSYS有限元仿真

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