第七章３-Ｄ諧波磁場分析（棱邊單元方法）用棱邊元方法進行諧波分析3-D（棱邊元方法）與靜態分析的特點基本相同，但前者只支SOLID117詳見《ANSYS單元手冊》和《ANSYS理論手冊》。物理模型區域的設置和特性ANSYS3-D示導體的不同的終端條件：DOFs:AZ,VOLTDOFs:AZ,VOLT導體材料特性：m(MURX),r(RSVX)r特殊特性：耦合VOLT自由度，給單個節點加總電流(F,,amps)。注：帶有凈電流的短路條件，凈電流不受環境影響。DOFs:AZ,VOLT開路導材料特性：m(MURX),r(RSVX)r體VOLT=03-D結構，令一個節點的VOLT=0。DOFs:AX,AY,AZDOFs:AX,AY,AZ載流絞線圈 材料特性：m(MURX)R特殊特性：沒有渦流，可以加源電流密度,JS特殊特性：沒有渦流，可以加源電流密度,JSDOFs:AZ,VOLT短路導體材料特性：m(MURX),r(RSVX)r注：令導體對稱面上的VOLT=0自由度：AZ疊層鐵芯材料性質：μ自由度：AZ（MURX）r空氣材料性質：μ （MURX）r運動導體可用SOLID117單元模擬恒速運動導體的速度效應，關于運動導體（速度效詳情，見本章和第2章應）速度效應在交流23DKEYOPT2D且垂直于運動方向的運動體截面應保持常數。KEYOPT（2）=13DKEYOPT（1）=1（AZVOLT）來實現。運動導體分析中能設置的實常數如下表所示：VELOX，VELOY，VELOX，VELOY，總體笛卡兒坐標系下的X、Y、Z三個方向的速度分量VELOZOMEGAX，總體笛卡兒坐標系下的XYZ（單OMEGAZ位為HZ），XLOC，YLOC和ZLOCXLOC0.0001HZ而對于迭代解法，過低的頻率會導致求解不收斂。3-D（棱邊元方法）的步驟GUIMagnetic-Edge項定義任務名和題目命令：/FILNAME和/TITLEGUI:UtilityMenu>File>ChangeJobnameUtilityMenu>File>ChangeTitleANSYS命令：/PREP7GUI:MainMenu>Preprocessor4.選擇SOLID117單元命令：ET,,solid117GUI:MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete5.選擇SOLID117單元選項對導電區用AZ-VOLT自由度，對不導電區用AZ自由度．命令：KEYOPTGUI:MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete6.定義材料特性對渦流區必須說明電阻值RSVX，其它詳見“二維靜態磁場分析”一章7.建立模型對建立幾何模型和劃分網格的描述，詳見“ANSYS建模與分網指南”8.賦予特性命令：VATTGUI:Mainmenu>Preprocessor>-Attributes-Define9.劃分網格（用Mapped網格）命令：VMESHGUI:MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-Volumes-Mapped10.進入求解器命令：/SOLUGUI:MainMenu>Solution命令：DAGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-BoundaryAZ=0說明。加電流密度載荷命令：BFE,jsGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Magnetic-Excitation除了加電流密度載荷外，還可以給一個塊導體加總電流：命令：F,,ampsGUI:MainMenu>Solution>-Loads-Apply>-Electric-Excitation>-ImpressedCurrent->OnNodes注：在加總電流之前需耦合節點VOLT自由度。選擇諧波分析類型和工作頻率命令：ANTYPE,harmic,newGUI:MainMenu>Solution>NewAnalysis>Harmonic命令：HARFRQGUI:MainMenu>Solution>-LoadStepOpts-Time/Frequenc>FreqandSubstps.FrontalICCG命令：EQSLVGUI:Mainmenu>Solution>AnalysisOptions15.選擇載荷步選項求解命令：SOLVE(設置OPT域為0)GUI:MainMenu>Solution>－Solve-CurrentLS當使用棱邊單元方程時，在缺省情況下，ANSYS程序先自動估算整個選擇了單元和節點的計算區域。此時通過把自由度的值設置為零來去掉不需要的自由度；這使ANSYS能更塊地進行解算：命令：GAUGEGVI:MainMenu>Solution>LoadStepOpts–magnetics>–OptionsOnly–Gauging使用棱邊單元做電磁分析必須要求估算，因此，在大多數情況下，不要關閉自動估算。SOLUTION命令：FINISHGUI:MainMenu>Finish按照如下過程進行后處理觀察結果ANSYSANSYS/EmagJobname.RST）w（即滯后于輸入載荷（可cos(wtsin(wt參看《ANSYS結果數據包括：主數據：節點自由度（AZ,VOLT）導出數據：·節點磁通量密度（BX,BY,BZ,BSUM）·節點磁場強度（HX,HY,HZ,HSUM）·節點洛侖茲磁力（FMAG:X,Y,Z分量和SUM）·單元總電流密度（JTX,JTY,JTZ）·單位體積生成的焦耳熱（JHEAT）·單元磁能POST1POST26POST1來觀看數據。按照如下方式選擇后處理器：命令：/POST1,/POST26GUI:MainMenu>GeneralPostprocMainMenu>TimeHistPostproGUI。（見下表）任務任務命令選擇實部解SET,1,1,,0GUI路徑MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ResultsSummary選擇虛部解SET,1,1,,1列出邊通量自由度AZ5列出時間積分電勢（VOLT）5PRNSOL,AZPRNSOL,VOLTMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ResultsSummaryMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolution列出角節點處的磁通量密度1、5列出角節點處的磁場強度1、5列出單元形心處總電流密度5列出角節點處的力2、PRVECT,BPRVECT,HPRVECT,JTPRVECT,FMAG6MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>VectorDataMainMenu>GeneralResults>VectorDataMainMenu>GeneralResults>VectorDataMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>VectorData列出單元節點上的邊通量密度5列出單元節點上的磁場強度5列出單元形心處的總電流密度5

PRESOL,BPRESOL,HPRESOL,JT

MainMenu>GeneralResults>VectorDataMainMenu>GeneralResults>VectorDataMainMenu>GeneralResults>VectorDataMainMenu>GeneralPostproc>List列出單元節點力列出磁能3、5列出焦耳熱密度

2、4、

PRESOL,FMAGPRESOL,SENEPRESOL,JHEAT

Results>VectorDataMainMenu>GeneralResults>VectorDataMainMenu>GeneralResults>VectorData創建單元中心磁通5的X表(Y、Z和SUM分量類似)創建單元中心磁場5的X表(Y、Z和SUM分量類似)創建焦耳熱密度的單元表4、6創建單元中心電流5的X表(Y、Z和SUM分量類似)26的分量單元表(Y、Z和SUM分量類似)創建單元貯存磁能的單元表3列出選定的單元表項

MainMenu>GeneralETABLE,LAB,B,X Postproc>ElementTableMainMenu>GeneralETABLE,LAB,H,X Postproc>ElementTableMainMenu>GeneralETABLE,LAB,JHEATPostproc>ElementTable>DefineTableMainMenu>GeneralETABLE,LAB,JT,X Postproc>ElementTableMainMenu>GeneralETABLE,LAB,FMAG,XPostproc>ElementTable>DefineTableMainMenu>GeneralETABLE,LAB,SENE Postproc>ElementTableMainMenu>GeneralPRETAB,LAB,1,?Postproc>ListResults>ElemTableDataTableData注：1、節點處的導出數據是周圍單元解的平均值。2、對于單元解，力是整個單元上的合力，但分布在單元節點上，以便于進行耦合分析。3、能量是對所有單元求和的結果。4、乘以單元體積，可得到能量損失。5、對于時諧分析，其值為瞬態解(實部/ωt=0ωt=-90)6、均方根值:實部和虛部的平方和再開方注意：關于更多的注釋信息，參見《ANSYS理論手冊》。ETABLESOLID117論參見《ANSYS對于這些選項都可以圖形化輸出，把以上命令的“PR”替換成“PL”即可。（比如用PLNSOL代替PRNSOL）。此命令

替換成的命令

或者GUI路徑：UtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>NodalPRNSOLPRVECTPRESOLPRETAB

SolutionUtilityMenu>Plot>Results>VectorPlotUtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>ElemSolutionUtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>ElemTableData還可以畫出單元表的各個項目。參見《ANSYS基本過程手冊》。《ANSYSAPDL手冊》中還有相應的方便后處理的一些命令和宏。下面“從結果文件中讀數據”討論了一些時諧分析后處理中的一些典型操作。詳細的操作參見《ANSYS基本過程手冊》。從結果文件中讀數據POST1ANSYS中，而且結果文件（Jobname.RMGJobname.RST）也必須可用。時諧分析的結果文件是復數，由實部和虛部組成。用下列方式讀入數據：命令：SETGUI:UtilityMenu>List>Results>LoadStepSummary求實部和虛部的平方和之平方根得到結果的幅值，這可以通過載荷工況運算完成。畫等值線等值線幾乎可以顯示任何結果數據（如磁通密度，磁場強度，總電流密度（JTZ））。命令：PLNSOLPLESOLGUI:UtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>ElemSolutionUtilityMenu>Plot>Results>ContourPlot>NodalSolution（如磁通密度和磁場強度的等行平均，使用下列辦法：命令：AVRES,2GUI:MainMenu>GeneralPostproc>OptionsforOutp列表顯示在列表顯示之前，可先對結果進行按節點或按單元排序：命令：ESORT，NSORTGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>SortNodesMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>SortElems然后再進行列表顯示：命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOLGUI:MainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ElementSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>NodalSolutionMainMenu>GeneralPostproc>ListResults>ReactionSolu計算其他感興趣的項目從后處理可用的數據庫中，還可以計算其他感興趣的項目（如全局磁力、力矩、源的輸入能量、電感、磁鏈和終端電壓）ANSYS些計算：·MMF宏計算沿一路徑的磁動勢·POWERH宏計算導體的均方根（RMS）能耗想了解更多的宏，請參見第11章“電磁宏”。求時間平均洛侖茲力諧波分析中導體受到的洛侖茲力是按實部和虛部的方式分別存貯的，可如下計算導體任何區域所受到的時間平均洛侖茲力：esel,s,...!Selectelementstocalculateforceset,1,1!Storerealsolutionetable,fxr,fmag,x!Storerealpartofrmsetable,fyr,fmag,yetable,fzr,fmag,zset,1,1,,1!Storeimaginarysolutionetable,fxi,fmag,x!Storeimaginarypartofrmsetable,fyi,fmag,yetable,fzi,fmag,zsadd,fxrms,fxr,fxi!Calculatetime-averagecomponentssadd,fyrms,fyr,fyisadd,fzrms,fzr,fzissum!Sumoverallselectedelements*get,fxrms,ssum,,item,fxrms!Retrieveforcesasscalarparameters*get,fyrms,ssum,,item,fyrms*get,fzrms,ssum,,item,fzrms算例：用棱邊元方法計算電機溝槽中的磁場分布問題的描述：本例題計算電機溝槽中的磁場分布：在交流情況下，計算磁場、能量，焦耳熱損耗和受力。問題的分析區域和溝槽導體模型分別如圖2和圖3所示。本算例所用到的參數：幾何特性幾何特性l=0.3m材料特性r=1E-載荷i=2236D26.57d=0.1mW=0.01m=2000+j1000amps(K)Freq=3Hz上表給出了電機的幾何形狀、導體的電導率和磁導率等參數，導體中的電流26.57°(3Hz目標結果：時間平均力FXms=-46.89N時間平均焦耳熱PAVG=25.9W假定溝槽頂部和底部的鐵材料都是理想的，可加磁力線垂直條件，這無需說明，程序自動滿足。x=d,z=0z=1自動滿足，需要說明面上的邊通量自由度為常數，通常使之為零。本算例采用MKS/BATCH,LIST/TITLE,harmonicanalysisdemoofmagneticedgeelement/COM/NOPR!!***Definemodelparameters!l=0.3!lengthd=0.1!depthw=0.01!widthmur=1!relativemagneticpermeabilityrho=1.0e-8!electricresistivity(requiredforJouleloss)fr=3!rotorfrequencyat5%slipcurr=2000.0!currentrealcuri=1000.0!currentimaginaryn=20!meshingparameterpi=3.1415926mu0=pi*4.0e-7!freespacepermeability!!***createmodel!/prep7!enterpreprocessor!ET,1,117,1!Elementtype#1,isamagneticedgeelement,117.!Notetheretheisa1inthenextcommandslot.!Thisisakeyoption.Keyoptionsareusedto!modify/describefeaturesofthedefaultelement.!Thedefaultedgeelementhasonlyedgeflux,AZ,!degreesoffreedom,DOFs,supportedbythesidenodes.!AharmonicanalysisrequirestheVOLTDOFsatthe!cornernodes.Thisisselectedbyturningonkeyoption1.!Ingeneraltherecanbemanykeyoptionsfora!particularelement.Incaseofelement117,!keyoption5canbeusedforprint-outcontrol.!MP,MURX,1,mur!Definerelativepermeabilityofmaterial#1MP,RSVX,1,rho!Defineelectricresistivityofmaterial#1.!BLOCK,0,d,0,w,0,l!Definerectangularblock(brick)volumeregion,!LSEL,S,LOC,X,d/2!SelectlinestospecifythenumberofelementsLESIZE,ALL,,,n!DividethelinesalongtheslotdepthformeshingLSEL,ALL!Selectalllines.xESIZE,,1!Subdividedunmeshedlinesinto1part!VMESH,ALL!Meshsolidvolumes.FINISH!Exitpreprocessor!/SOLU!Entersolutionprocessing!ANTYP,HARM!harmonicanalysis!HARFR,fr!specifyharmonicfrequency!!***ApplyDirichletboundarycondition!!---Theboundaryconditionsfortheedge-fluxDOFarethesame!asinthestaticcase.Atthefluxparallelboundaries,!,x=d,z=0andz=l,theedge-fluxDOFs,AZ,aresettozero.!NSEL,S,LOC,X,d!selectnodesatx=dNSEL,A,LOC,Z,0!addnodesatz=0totheselectedsetNSEL,A,LOC,Z,l!addnodesatz=ltotheselectedsetD,ALL,AZ,0!setAZDOFsonallselectednodestozero!!---Inaharmonicanalysisboundaryconditionshouldbespecified!fortheVOLTDOFs,too.Thecurrentdensityisnormaltothe!faces,z=0andz=l.z=0isselectedasground,i.e.VOLT=0here.!TheVOLTDOFsarethesameatz=l.However,theiractualvalue!isnotknown.Thisiscalledasafloatingpotentialcondition.!ThiscanbeprescribedinANSYSbycouplingtheDOFs.Instead!ofmanyunknowns,ANSYSeliminatesallbutoneinacoupledset.!TheonlyremainingunknownDOFsiscalledthemasterDOF.!Aftersolutionisdone,theeliminatedslaveDOFsinherit!thecomputedvalueofthemasterDOFs.Thisprocedureis!transparenttousers.!!ThereisstilloneextraDOF,i.e.themasterDOFasan!extraunknowncomparedtothenumberofequations.Themissing!conditionisthatthetotalcurrentofthebarintheslot!isgiven.SinceJ=-jomega[A+gradV],theimpressed!currentisrelatedtothenormalcomponentofthetime!integratedscalarpotential,V.Theimpressedcurrentcan!beprescribedbyanFcommand.WhereasaDcommandisused!tospecifytheactualvalueofDOFs,theFcommanddescribes!thenormalderivative.(HistoricallyDandFstandfor!displacementandforce,respectively,whicharethepertinent!variablesofvoltandcurrentinastructuralanalysis.)!NSEL,S,LOC,Z,0!selectnodesatz=0D,ALL,VOLT,0!setVOLTDOFstozeroonselectedNSEL,S,LOC,Z,l!selectnodesatz=lCP,1,VOLT,ALL!coupleallselectednodes.Thisconstitutes!coupledset#1.ANSYSallowstodefinemany!coupledsets.Thiscouldbeexplored,for!example,todefinecurrentsinseveralbars.!Herweuseonlyonecoupledset.!*get,n1,node,,num,min!getanodeatz=lF,n1,AMPS,curr,curi!impresscurrentatspecifiednode.!NSEL,ALL!selectallnodes!!***assembleandsolveequationssystem!SOLVE!FINISH!exitsolutionprocessing!!***Extractsolution!/POST1!Enterpostprocessor!/COM/COM*********realpart***************/COMSET,1,1!Aharmonicanalysisprovidestworesultdatasets.!TheSETcommandisusedtoselectadataset!tocarryoutoperationsupon.Thedefaultset!istherealpartofthelastsolutionstep.!!***Usetheelementtable(ETABLE)optionto!-storepostprocessingitemssuchasvolume,centroidcoordinates!magneticfield,fluxdensity,currentdensity,elementenergy,!Jouleloss,magneticforce!-printitemsinatableformat!-carryoutoperationsoveritems!-obtaintotalsbysummingupelementitems!!---defineelementtableitem!ETABLE,fxr,FMAG,X!Storerealxcomponentoftime-averageforce!POWERH!calculatetime-averagepowerloss!/COM/COM*********imaginarypart***************/COMset,,,,1!selectimaginarydatasetsolution!similaroperationsthatontherealset!ETABLE,fxi,FMAG,x!Storeimaginarycomponentoftime-averageforce!SADD,fxrms,fxr,fxi!Calculatetime-averageforcebysummingcomponents!SSUM!Sumelementitemstoobtaintotals!FINISH!!***advancedpart:coupling!!Uptothispointmagneticswasconsideredonly.!Itisdemonstratedbelow,howtheresultsofamagneticanalysis!canbepassedtosubsequentthermaland/orstructuralanalyses.!!***couplewiththermalanalysis!/PREP7!enterpreprocessor!nodesandelementsdefinedinthemagneticanalysis!areusedforthethermalanalysis!ET,1,90!changeelementtype#1,whichusedtobeamagnetic!elementtoathermalelement!LDREAD,HGEN,,,,2,,rst!Readheatgeneration(HGEN)loadfromtheresultfile,!ofthemagneticanalysiswhichdefaultstojobname.rst!!Notethattheresultfilenamechangedcomparedto!astaticanalysis.!