Maxwell穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)求解器仿真實(shí)例

2017-04-05 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

由于最近項(xiàng)目進(jìn)展需要,開始學(xué)習(xí)電磁模塊有限元仿真。上期給大家分享了怎樣將Maxwell集成到ANSYS WB中,本期給大家分享下最近筆者學(xué)習(xí)做的一個(gè)小案例(Maxwell高手繞行勿噴)。

問(wèn)題描述:求解一段通有100A電流的銅導(dǎo)線在穩(wěn)定磁場(chǎng)中的受力情況。磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生。磁性材料為材料庫(kù)中的NdFe35。磁性材料屬性如下定義(X方向磁化)。

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模型圖如下。其中紅色框線為求解區(qū)域。

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注:磁體外部磁感線設(shè)置方向是從+X面出發(fā)垂直穿過(guò)導(dǎo)線進(jìn)入-X面。即+X面是N極,-X面為S極。

Maxwell前處理

求解樹如下圖:

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Boundaries邊界條件:這里邊界條件未指定,系統(tǒng)自動(dòng)選取默認(rèn)邊界條件加載到物體外邊界。

Excitations激勵(lì):在導(dǎo)線兩個(gè)端面加載100A穩(wěn)定電流,兩端面電流大小方向均一致都流向+Y方向(注意斷開導(dǎo)體端面需與求解區(qū)域表面重合,否則無(wú)法計(jì)算)

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Parameters參數(shù):選中通電導(dǎo)線然后添加Force力參數(shù)。

Mesh operations網(wǎng)格劃分:右擊鼠標(biāo)選擇Assigned>Insideselection>Length based…其中導(dǎo)線劃分尺寸為0.5mm,磁鐵劃分尺寸3mm。

Analysis分析設(shè)置:這里直接添加分析設(shè)置默認(rèn)即可。

結(jié)果查看:

鼠標(biāo)右擊Result選擇Solution data得到如下結(jié)果窗口。

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安培力大小為Fz=0.57657N(+Z方向)

理論驗(yàn)證:

根據(jù)安培定律F=BIL可知通電導(dǎo)線受力大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度B*電流*導(dǎo)體長(zhǎng)度。受力方向可根據(jù)左手定則確定。

選中銅導(dǎo)線右擊云圖按鈕Field overlays>Field>B>B_Vector查看導(dǎo)線處磁場(chǎng)強(qiáng)度H,磁感應(yīng)強(qiáng)度B。

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導(dǎo)線磁場(chǎng)強(qiáng)度H

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導(dǎo)線磁感應(yīng)強(qiáng)度B

上面B、H云圖的中間數(shù)值之比恰好與真空中的磁導(dǎo)率接近。這與物理課本中講的介質(zhì)磁導(dǎo)換算公式是相符和的。下面直接取用B云圖的中間數(shù)值B=0.557T參與理論驗(yàn)算。電流I取輸入值I=100A,導(dǎo)線長(zhǎng)度由幾何模型可知L=0.01M。

理論計(jì)算值F=B*I*L=0.557*100*0.01=0.557N,方向由左手定則:電流+Y,磁場(chǎng)-X,所以可確定力朝向+Z方向。

仿真模擬值FZ=0.57657(+Z方向)。與理論計(jì)算值數(shù)值誤差為3.4%方向一致。(由于導(dǎo)線處的磁感線并不是完全朝-X,故有X,Y方向的安培力分量這里忽略不計(jì))

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