ANSYS12.0電磁學(xué)有限元分析從入門(mén)到精通

前言

　　現(xiàn)代工業(yè)的典型特征是大量使用計(jì)算機(jī)，無(wú)論是產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)，還是分析、制造過(guò)程中，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用都極大地提高了效率和質(zhì)量。計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）就是其中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代工程方法的完美結(jié)合。　　ANSYS軟件是美國(guó)，ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件，它是世界范圍內(nèi)增長(zhǎng)最快的CAE軟件，能夠進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)、熱、聲、流體以及電磁場(chǎng)等學(xué)科的研究，在核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車(chē)交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)藥、輕工、地礦、水利、日用家電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。ANSYS的功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單方便，現(xiàn)在它已成為國(guó)際最流行的有限元分析軟件，在歷年FEA評(píng)比中都名列第一。目前，中國(guó)100多所理工院校采用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析或者作為標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)軟件。　　本書(shū)以ANSYS的最新版本ANSYS 12，0為依據(jù)，講述了目前工程中普遍面臨的各類(lèi)電磁場(chǎng)分析問(wèn)題，并通過(guò)豐富的實(shí)例詳細(xì)介紹了如何利用ANSYS有限元軟件求解電磁場(chǎng)分析問(wèn)題。書(shū)中盡量避開(kāi)了繁瑣的理論描述，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合作者使用該軟件的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)例部分采用GUI方式一步一步地對(duì)操作過(guò)程和步驟進(jìn)行了講解。為了幫助用戶(hù)熟悉ANSYS的相關(guān)操作命令，在每個(gè)實(shí)例的后面列出了分析過(guò)程的命令流文件?！　”緯?shū)共分14章，第1章對(duì)ANSYS電磁場(chǎng)有限元分析進(jìn)行了簡(jiǎn)要敘述，并介紹了后續(xù)章節(jié)常用的磁宏和遠(yuǎn)場(chǎng)單元內(nèi)容；第2～4章介紹了二維靜態(tài)、諧性、瞬態(tài)磁場(chǎng)分析；第5～9章分別使用標(biāo)量法、棱邊單元法和節(jié)點(diǎn)法對(duì)三維靜態(tài)、諧性、瞬態(tài)磁場(chǎng)分析進(jìn)行介紹；第l0章介紹了穩(wěn)態(tài)電流傳導(dǎo)分析：第11、12章分別使用h方法和P方法對(duì)靜電場(chǎng)分析進(jìn)行了介紹；13章介紹了電路分析的內(nèi)容；第14章介紹了高頻電磁分析的內(nèi)容?！　”緯?shū)附有一張光盤(pán)，光盤(pán)中除了有每一個(gè)實(shí)例GUI實(shí)際操作步驟的視頻以外，還以文本文件的格式給出了每個(gè)實(shí)例的命令流文件，用戶(hù)可以直接調(diào)用。　　本書(shū)目的主要介紹使用，ANSYS軟件進(jìn)行電磁場(chǎng)分析的過(guò)程和步驟，文中所采用的參數(shù)和數(shù)據(jù)僅用于ANSYS分析過(guò)程的演示，對(duì)具體問(wèn)題不一定適用?！　”緯?shū)由三維書(shū)屋工作室總策劃，主要由軍械工程學(xué)院的張倩博士后和胡仁喜博士以及石家莊三維書(shū)屋文化傳播有限公司的康士廷老師編寫(xiě)，此外，孫明禮、劉昌麗、熊慧、王義發(fā)、張俊生、王敏、周冰、董偉、李瑞、王兵學(xué)、袁濤、王淵峰、李世強(qiáng)、周廣芬、李鵬、陳麗芹、王玉秋、孟清華、王艷池、李廣榮、王培合、鄭長(zhǎng)松、王佩楷、董榮榮、王宏、林雙燕、張日晶等參加了資料整理和編寫(xiě)工作，在此編者向他們表示衷心的感謝?！　∮捎诰幷咚接邢蓿瑫r(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免存在缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，懇請(qǐng)專(zhuān)家和廣大讀者不吝賜教，批評(píng)指正。也歡迎業(yè)內(nèi)人士來(lái)信共同探討。

內(nèi)容概要

本書(shū)以ANSYS的最新版本ANSYS12.0為依據(jù)，講述了目前工程中普遍面臨的各類(lèi)電磁場(chǎng)分析問(wèn)題，并通過(guò)豐富的實(shí)例詳細(xì)介紹了如何利用ANSYS有限元軟件求解電磁場(chǎng)分析問(wèn)題。書(shū)中盡量避開(kāi)了繁瑣的理論描述，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合作者使用該軟件的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)例部分采用GUI方式一步一步地對(duì)操作過(guò)程和步驟進(jìn)行了講解。為了幫助用戶(hù)熟悉ANSYS的相關(guān)操作命令，在每個(gè)實(shí)例的后面列出了分析過(guò)程的命令流文件。    本書(shū)共分14章，第1章對(duì)ANSYS電磁場(chǎng)有限元分析進(jìn)行了簡(jiǎn)要敘述，并介紹了后續(xù)章節(jié)常用的磁宏和遠(yuǎn)場(chǎng)單元內(nèi)容；第2章～第4章介紹了二維靜態(tài)、諧性、瞬態(tài)磁場(chǎng)分析；第5章～第9章分別使用標(biāo)量法、棱邊單元法和節(jié)點(diǎn)法對(duì)三維靜態(tài)、諧性、瞬態(tài)磁場(chǎng)分析進(jìn)行介紹；第10章介紹了穩(wěn)態(tài)電流傳導(dǎo)分析；第11章和12章分別使用h方法和P方法對(duì)靜電場(chǎng)分析進(jìn)行了介紹；第13章介紹了電路分析的內(nèi)容；第14章介紹了高頻電磁分析的內(nèi)容。    本書(shū)適合于各高校工科高年級(jí)本科和研究生作為自學(xué)教材，也可以作為電磁學(xué)工程設(shè)計(jì)和研究人員的參考工具書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第1章  電磁場(chǎng)有限元分析概述  1.1  電磁場(chǎng)基本理論    1.1.1  麥克斯韋方程    1.1.2  一般形式的電磁場(chǎng)微分方程    1.1.3  電磁場(chǎng)中常見(jiàn)邊界條件  1.2  ANSYS電磁場(chǎng)分析對(duì)象  1.3  標(biāo)量位、矢量位、棱邊單元方法的比較    1.3.1  磁標(biāo)量位方法    1.3.2  磁矢量位方法    1.3.3  棱邊單元方法  1.4  電磁場(chǎng)單元概述  1.5  電磁宏    1.5.1  電磁宏使用范圍    1.5.2  電磁宏分類(lèi)  1.6  遠(yuǎn)場(chǎng)單元及遠(yuǎn)場(chǎng)單元的使用    1.6.1  遠(yuǎn)場(chǎng)單元    1.6.2  使用遠(yuǎn)場(chǎng)單元的注意事項(xiàng)第2章  二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析  2.1  二維靜態(tài)磁場(chǎng)分析中要用到的單元  2.2  靜態(tài)磁場(chǎng)分析的步驟    2.2.1  創(chuàng)建物理環(huán)境    2.2.2  建模、指定特性、分網(wǎng)    2.2.3  施加邊界條件和載荷    2.2.4  求解    2.2.5  后處理(查看計(jì)算結(jié)果)  2.3  實(shí)例1——二維螺線管制動(dòng)器內(nèi)靜態(tài)磁場(chǎng)的分析    2.3.1  問(wèn)題描述    2.3.2  GUI操作方法    2.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)  2.4  實(shí)例2——載流導(dǎo)體的電磁力分析    2.4.1  問(wèn)題描述    2.4.2  GUI操作方法    2.4.3  命令流實(shí)現(xiàn)第3章  二維諧波磁場(chǎng)分析  3.1  二維諧波磁場(chǎng)分析中要用到的單元  3.2  二維諧波磁場(chǎng)分析的步驟    3.2.1  創(chuàng)建物理環(huán)境    3.2.2  建立模型，賦予特性，劃分網(wǎng)格    3.2.3  加邊界條件和勵(lì)磁載荷    3.2.4  求解    3.2.5  觀察結(jié)果  3.3  實(shí)例1——二維自由空間線圈的諧波磁場(chǎng)的分析    3.3.1  問(wèn)題描述    3.3.2  GUI操作方法  3.4  實(shí)例2——二維非線性諧波分析    3.4.1  問(wèn)題描述    3.4.2  GUI操作方法    3.4.3  命令流實(shí)現(xiàn)第4章  二維瞬態(tài)磁場(chǎng)分析  4.1  二維瞬態(tài)磁場(chǎng)分析中要用到的單元  4.2  二維瞬態(tài)磁場(chǎng)分析的步驟    4.2.1  創(chuàng)建物理環(huán)境    4.2.2  建立模型、賦予屬性、劃分網(wǎng)格    4.2.3  施加邊界條件和勵(lì)磁載荷    4.2.4  求解    4.2.5  觀察結(jié)果  4.3  實(shí)例1——二維螺線管制動(dòng)器內(nèi)瞬態(tài)磁場(chǎng)的分析    4.3.1  問(wèn)題描述    4.3.2  GUI操作方法    4.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)  4.4  實(shí)例2——帶縫導(dǎo)體瞬態(tài)分析    4.4.1  問(wèn)題描述    4.4.2  GUI操作方法第5章  三維靜態(tài)磁場(chǎng)標(biāo)量法分析  5.1  三維靜態(tài)磁場(chǎng)標(biāo)量法分析中要用到的單元  5.2  用標(biāo)量法進(jìn)行三維靜態(tài)磁分析的步驟    5.2.1  創(chuàng)建物理環(huán)境    5.2.2  建立模型    5.2.3  施加邊界條件和勵(lì)磁載荷    5.2.4  求解    5.2.5  觀察結(jié)果(RSP，DSP或GSP方法分析)  5.3  實(shí)例1——三維螺線管靜態(tài)磁分析    5.3.1  問(wèn)題描述    5.3.2  GUI操作方法    5.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)  5.4  實(shí)例2——帶空氣隙的永磁體    5.4.1  問(wèn)題描述    5.4.2  GUI操作方法    5.4.3  命令流實(shí)現(xiàn)第6章  三維靜態(tài)磁場(chǎng)棱邊單元法分析  6.1  單元邊方法中用到的單元  6.2  用棱邊單元方法進(jìn)行靜態(tài)分析的步驟    6.2.1  創(chuàng)建物理環(huán)境、建模分網(wǎng)、加邊界條件和載荷    6.2.2  求解    6.2.3  后處理  6.3  實(shí)例——計(jì)算電機(jī)溝槽中的靜態(tài)磁場(chǎng)分布    6.3.1  問(wèn)題描述    6.3.2  GUI操作方法    6.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)第7章  三維諧波磁場(chǎng)棱邊單元法  7.1  單元邊方法中用到的單元  7.2  用棱邊單元方法進(jìn)行諧波磁場(chǎng)分析的步驟    7.2.1  創(chuàng)建物理環(huán)境、建模分網(wǎng)、加邊界條件和載荷    7.2.2  求解    7.2.3  后處理  7.3  實(shí)例——棱邊元法計(jì)算電動(dòng)機(jī)溝槽中諧波磁場(chǎng)分布    7.3.1  問(wèn)題描述    7.3.2  GUI操作方法    7.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)第8章  三維瞬態(tài)磁場(chǎng)棱邊單元法分析  8.1  單元邊方法中用到的單元  8.2  用棱邊單元法進(jìn)行三維瞬態(tài)磁場(chǎng)分析的步驟    8.2.1  創(chuàng)建物理環(huán)境、建模分網(wǎng)、加邊界條件和載荷    8.2.2  求解    8.2.3  后處理  8.3  實(shí)例——棱邊元法計(jì)算電動(dòng)機(jī)溝槽中瞬態(tài)磁場(chǎng)分布    8.3.1  問(wèn)題描述    8.3.2  GUI操作方法    8.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)第9章  三維靜態(tài)、諧波和瞬態(tài)節(jié)點(diǎn)法分析  9.1  用節(jié)點(diǎn)法進(jìn)行三維靜態(tài)磁場(chǎng)分析    9.1.1  選擇單元類(lèi)型和定義實(shí)常數(shù)    9.1.2  定義分析類(lèi)型    9.1.3  選擇方程求解器    9.1.4  加載和求解    9.1.5  備份數(shù)據(jù)    9.1.6  求解    9.1.7  計(jì)算電感矩陣和磁鏈    9.1.8  后處理  9.2  節(jié)點(diǎn)法三維諧波磁場(chǎng)分析    9.2.1  建立三維諧波磁分析的物理環(huán)境    9.2.2  加載和求解    9.2.3  觀察結(jié)果  9.3  節(jié)點(diǎn)法三維瞬態(tài)磁場(chǎng)分析    9.3.1  建立三維瞬態(tài)分析的物理環(huán)境    9.3.2  加載和求解    9.3.3  觀察節(jié)點(diǎn)法三維瞬態(tài)分析的計(jì)算結(jié)果  9.4  標(biāo)勢(shì)法和矢勢(shì)法聯(lián)合使用    9.4.1  建立混合區(qū)域的模型    9.4.2  矢量域和標(biāo)量域的界面    9.4.3  施加載荷、求解混合模型    9.4.4  觀察結(jié)果第10章  靜電場(chǎng)h方法分析  10.1  電場(chǎng)分析要用到的單元  10.2  穩(wěn)態(tài)電流傳導(dǎo)分析的步驟    10.2.1  建立模型    10.2.2  加載并求解    10.2.3  觀看結(jié)果  10.3  實(shí)例1——正方形電流環(huán)中的磁場(chǎng)    10.3.1  問(wèn)題描述    10.3.2  GUI操作方法    10.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)  10.4  實(shí)例2——三側(cè)向測(cè)井儀器的電場(chǎng)分析    10.4.1  問(wèn)題描述    10.4.2  命令流實(shí)現(xiàn)第11章  靜電場(chǎng)h方法分析  11.1  h方法靜電場(chǎng)分析中用到的單元  11.2  用h方法進(jìn)行靜電場(chǎng)分析的步驟    11.2.1  建模    11.2.2  加載和求解    11.2.3  觀察結(jié)果  11.3  多導(dǎo)體系統(tǒng)求解電容    11.3.1  對(duì)地電容和集總電容    11.3.2  步驟  11.4  開(kāi)放邊界的Trefftz方法    11.4.1  概述    11.4.2  步驟  11.5  實(shí)例1——屏蔽微帶傳輸線的靜電分析    11.5.1  問(wèn)題描述    11.5.2  GUI操作方法    11.5.3  命令流實(shí)現(xiàn)  11.6  實(shí)例2——電容計(jì)算實(shí)例    11.6.1  問(wèn)題描述    11.6.2  GUI操作方法    11.6.3  命令流實(shí)現(xiàn)  11.7  實(shí)例3——做一個(gè)開(kāi)放邊界模型的靜電分析    11.7.1  問(wèn)題描述    11.7.2  GUI操作方法    11.7.3  命令流實(shí)現(xiàn)第12章  靜電場(chǎng)P方法分析  12.1  用P方法進(jìn)行靜電場(chǎng)分析要用到的單元  12.2  P方法靜電場(chǎng)分析的步驟  12.3  實(shí)例1——用P方法進(jìn)行靜電驅(qū)動(dòng)梳靜電場(chǎng)分析    12.3.1  問(wèn)題描述    12.3.2  GUI操作方法    12.3.3  命令流實(shí)現(xiàn)第13章  電路分析  13.1  電路分析中要用到的單元    13.1.1  使用CIRCU124單元    13.1.2  使用CIRCU125單元  13.2  使用電路建模程序    13.2.1  建立電路    13.2.2  避免電路不合理  13.3  電路分析的步驟    13.3.1  靜態(tài)電路分析    13.3.2諧波電路分析    13.3.3  瞬態(tài)電路分析  13.4  實(shí)例1——諧波電路分析    13.4.1  問(wèn)題描述    13.4.2  GUI操作方法    13.4.3  命令流實(shí)現(xiàn)  13.5  實(shí)例2——瞬態(tài)電路分析    13.5.1  問(wèn)題描述    13.5.2  GUI操作方法    13.5.3  命令流實(shí)現(xiàn)第14章  高頻電磁場(chǎng)分析  14.1  高頻分析中要用到的單元  14.2  高頻電磁場(chǎng)諧波分析的步驟    14.2.1  建立物理環(huán)境    14.2.2  建立模型、定義材料特性、劃分網(wǎng)格    14.2.3  求解高頻諧波分析    14.2.4  查看結(jié)果  14.3  高頻電磁場(chǎng)模態(tài)分析的步驟  14.4  實(shí)例1——同軸波導(dǎo)的高頻諧波分析    14.4.1  問(wèn)題描述    14.4.2  GUI操作方法    14.4.3  命令流實(shí)現(xiàn)  14.5  實(shí)例2——腔體高頻模態(tài)分析    14.5.1  問(wèn)題描述    14.5.2  GUI操作方法    14.5.3  命令流實(shí)現(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：ANSYS／Multiphysics和ANSYS／Emag模塊把諧波電磁分析結(jié)果寫(xiě)到磁場(chǎng)分忻結(jié)果文件Jobname.RMG中，如果激活了電位（VOIT）、電流（CURR）或EMF自由度，寫(xiě)入Jobname.RST文件。結(jié)果包括下面所列數(shù)據(jù)，所有結(jié)果都在所計(jì)算的工作頻率下諧波變化。基本數(shù)據(jù)：節(jié)點(diǎn)自由度（AZ，VOLT，CURR）導(dǎo)出數(shù)據(jù)：·節(jié)點(diǎn)磁通密度（BX，BY，BSUM）·節(jié)點(diǎn)磁場(chǎng)強(qiáng)度（HX，HY，HSUM）·節(jié)點(diǎn)磁力（FMAG：X，Y，SLIM分量）·節(jié)點(diǎn)洛倫茲力（Iorentz）（FMAG：X，Y，SUM分量）·節(jié)點(diǎn)感生電流段（CSGZ）·單位體積焦耳熱（JHEAT）注意：對(duì)于線性時(shí)諧分析，磁通密度B有可能超出B-H曲線輸入的值，這些值只是真實(shí)波形基頻諧波分量的近似值，而不是實(shí)際的值。參看具體單元的幫助可以提取更多的數(shù)據(jù)。在POSTI通用后處理器或：POST26時(shí)間歷程后處理器中都能檢察分析結(jié)果。由于計(jì)算結(jié)果與輸入負(fù)載有相差（即輸出滯后于輸入），因而結(jié)果值是復(fù)數(shù)形式的，以實(shí)部和虛部分量的形式來(lái)計(jì)算和存儲(chǔ)。通用后處理器POSTl用以檢察在給定頻率下整個(gè)模型的結(jié)果，而POST26時(shí)間歷程后處理器用以檢察在整個(gè)頻率范圍內(nèi)模型中給定位置處的結(jié)果。對(duì)于諧波磁場(chǎng)分析，頻率范同通常只由AC頻率組成。因此，常用POSTI檢察分析結(jié)果。選擇后處理器的方式：命令：／POSTI，／POST26GUI：Main Menu>General.PostprocMain Menu>TimeHist Postpro后處理中常用的命令及其GUI路徑見(jiàn)表3.4。用ETABIE命令可以得到很多不常用的項(xiàng)。關(guān)于讀入結(jié)果數(shù)據(jù)、等值線顯示、矢量顯示、列表顯示、磁力、磁力矩等詳細(xì)內(nèi)容可以參考第2章相關(guān)內(nèi)容。利用命令宏計(jì)算其他感興趣的項(xiàng)：·EMAGI！RR宏計(jì)算靜電場(chǎng)或電磁場(chǎng)分析中的相對(duì)誤差。

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《ANSYS12.0電磁學(xué)有限元分析從入門(mén)到精通》：全面完整的知識(shí)體系，深入淺出的理論闡述，循序漸進(jìn)的分析講解，實(shí)用典型的實(shí)例引導(dǎo)。本叢書(shū)包含各書(shū)目分別由ANSYS工程應(yīng)用領(lǐng)域的專(zhuān)家和學(xué)者執(zhí)筆編寫(xiě)，書(shū)中溶入了他們多年研究的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)，為了便于讀者快速掌握ANSYS工程開(kāi)發(fā)技巧，書(shū)中引用大量的工程案例。

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