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Ansoft学习笔记

Ansoft简介：

建立在电磁计算基础上的Ansoft软件，为设计工程师们提供了精确、快速、高效的设计平台。

在现代通讯系统、雷达、计算机、天线、高速PCB、集成电路、封装、连接器、光电网络、电机、开关电源、机电系统、汽车传动系统设计和复杂EMI/EMC仿真中，Ansoft领先的基于物理原型的解决方案能够快速精确地仿真和验证设计方案，电磁场、电路和系统全集成化的设计环境能够在系统设计时精确考虑细节的电磁场效应，从而确保系统性能，降低设计风险，推进创新，洞察设计内核，获得长期竞争优势。

MAXWELL 2D：

工业应用中的电磁元件，如传感器，调节器，电动机，变压器，以及其他工业控制系统比以往任何时候都使用得更加广泛。

由于设计者对性能与体积设计封装的希望，因而先进而便于使用的数字场仿真技术的需求也显著的增长。

在工程人员所关心的实用性及数字化功能方面，Maxwell 的产品遥遥领先其他的一流公司。

Maxwell 2D 包括交流/ 直流磁场、静电场以及瞬态电磁场、温度场分析，参数化分极；以及优化功能。

此外，Maxwel2D 还可产生高精度的等效电路模型以供Ansoft 的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。

MAXWELL 3D：

向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器时的Maxwell 3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。

可以分析涡流、位移电流、集肤效应和邻近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈等电磁部件的整体特性。

功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗（R和L）、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。

同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H分布图、能量密度、温度分布等图形结果。

合成一个面，如果操作过程中提示你操作会失去原来的面或者线的时候，不妨把面或者线先copy，操作了之后再paste就好。

Solid 用来生成体。

第一栏用来直接生成一些规则的体。

Sweep是通过旋转、拉伸面模型得到体。

第二栏是对体进行一些布尔操作，如加减等。

Split是将一个体沿一个面（xy、yz、xz）劈开成两部分，可以选择要保留的部分。

在减操作时，如有必要，还是先copy一下被减模型。

第三栏cover surface是通过闭合的曲面生成体。

Arrange  选取模型组件后，对模型组件进行移动、旋转、镜像（不保存原模型）、缩放等操作。

Options用来进行一些基本的设置。

单位的转换，检查两个体是否有重叠（保存的时候会自动检查）、设置background大小、定义公式以及设置颜色。

二、材料设置

　　相对比较简单，Maxwell材料库自带了一些常用的材料，如果没有可以自己新建一个材料。

Material/Add，输入文件名，及相关的参数即可。

如果BH曲线是非线性的，就在B-H Nonlinear Material 前面打勾，就会有自己输入BH曲线的选项，自己输入就好。

但是要注意BH曲线是单调递增的。

新建的材料还可以设置为理想导体和各向异性的材料。

三、边界条件/激励的设置

　　边界条件在3D模型中用的相对比较少，因为模型外层可以设置为真空区域，边界条件可以自动给出，如果是对称模型就可以设置相关的边界条件了。

我曾经做一个轴对称模型，用模型的1/4计算，不过边界条件设置没有设对，可以自己摸索一下。

关于激励的设置，在加载电流的时候，最重要的一点是要将模型建立成一个回路。

否则的话无法得到正确的结果。

在回路中加电源的位置建一个截面，在截面上加载就好，注意截面要是平面，不能为曲面。

在进行瞬态分析的时候，Model—〉set eddy effect处设置有涡流效应的导体，处于有源回路上的导体不能设置涡流效应。

瞬态分析激励设置时，先将加载的面设置为Source  ：

coil Terminal。

然后在Model—〉Winding Setup中设置。

一般是Function 里面，先定义一个Dataset，第一项为时间，第二项为对应的激励值。

然后用一个常量外推函数得到所要的值，格式为source_name=pwlx（T,constant,dataset_name）.在设置激励的地方填上source_name就好。

四、求解量设置

    可以设置求解力、力矩、电感、Core loss的部件。

比如在设置求解力的时候可以先取一个组件名，然后选中该组件包含的导体。

力的求解选项中可以设置求解洛仑兹力和虚功力两种。

在一般条件下，两者的误差很小，但是在饱含铁区的模型中，用洛仑兹力求解会有很大的误差。

五、求解设置

Option 里面设置一般的求解选项。

一般选用默认值就好了。

只是在进行瞬态分析的时候，建议先用同一个模型进行静态分析，然后将网格数据，所有以fileset1和fileset2命名的文件拷贝到瞬态分析的工程目录下面，将Starting Mesh设置成Current。

这时候进行瞬态分析的时候采用的就是静态分析时候的网格，求解精度比较高。

因为瞬态分析中，默认的网格仅进行一次简单的划分，而且没有能量误差的判断，所以求解的精度不能保证，但是这种设置有时候可能一次成功不了，可以多试几次，计算了一步，然后停下来，看看网格划分，如果是采用静态的网格划分，则继续，否则重新来。

   后面两个选项是用来分析导体运动和参数化分析的选项。

六、后处理

最简单的是Plot—〉field里面的相关选项了。

它可以划出磁场强度，磁感应强度，电流密度在各个部件的表面，体以及xy，yz，xy截面上的分布。

第一栏是选择要分析的量，mag H（B/J） 磁场强度，磁感应强度，电流密度的绝对值大小用来画云图的，H（B/J） Vector为它们的矢量，用来画矢量图。

后面几项没有用过，不知道具体干什么用的。

第二栏是画图所用的几何模型，比如surface xy就是在xy片面上话图。

Volume –all就是在所有的体上画图。

Animsurf xy则是在xy平面做动画。

注意，一些量不能在体上显示，如果选择体，会弹出警告。

第三栏是所显示的为哪个组件上的H（B/J）的值。

画出的云图和矢量图可以通过双击颜色标度栏，打开并设置一些显示参数，包括取值范围，颜色，箭头的大小和密度等，以大到最好的显示效果。

Plot—〉Visibility可以控制当前显示的内容。

Plot—〉Delete 删除已经建立出的后处理表达式。

还可以通过 Plot—〉save as将化出的云图保存为.dsp文件。

Plot—〉field的操作比较简单，但是它只能给出最基本的几个量，局限性比较大。

用Calculator 可以实现它里面所有的功能，而且可以扩展到其它的量的计算。

比如plot->field mag B,surface xy,-all-得到xy平面的磁场分布云图，在Calculator里面进行如下操作：

Qty->B,Mag,Smooth,Geom->Volume->all,Domain,Geom->surface->xy,

plot.即可实现该功能。

下面具体介绍一下Calculator中各个按钮的作用。

把显示区域当作一个堆栈来操作。

最上为栈顶，最下为栈底。

Push：

将当前栈顶信息重行操作一遍，放在栈顶。

Pop：

将栈顶操作出栈。

RlDn：

将栈内的操作向下循环。

RlUp：

将栈内的操作向上循环。

Exch：

将栈顶的两条语句交换位置。

Clear：

清空栈内的内容。

Undo：

撤销操作。

Input：

输入，获得一些基本的数据。

Qty：

一些基本的计算结果，包括B、H、J、能量等；

Geom：

几何形状。

包括点、线、面、体。

这些元素一方面可以是前处理建模时候形成的，也可以根据需要，通过后处理器中的Geometry中相关选项创建。

Const：

一些常数。

比如 及一些单位转换时候所差的系数。

Num：

输入的数字。

Func：

一些公式。

Read：

从之前保存的数据中读取，一般为.reg文件。

General：

一般的操作，包括加减乘除、求反、求绝对值、平滑（smooth）、规定取数值的范围（Domain）。

Scalar：

对标量的操作。

Vec?

  将标量转化为矢量的x，y，z值。

其它的很容易理解，这是Iso我也不是很明白它是什么意思。

Vector：

对矢量的操作。

Scal？

 将矢量的一个分量作为标量计算。

Matl…将矢量乘或者除以一个电导率和磁导率。

Mag 取矢量的模。

Dot /Cross  点乘和叉乘

Divg/Curl散度和旋度

Tangent 某一点的矢量值在切线方向上的投影

Normal   某一点的矢量值面的法向上的投影。

Unit Vec？

 这个我也没有搞清楚

Output输出

Draw画出在后处理器中创建的几何模型

Plot画出calculator中存贮的在点线面体上的值。

首先求出你需要画图的值，比如洛仑兹力密度用F=BxJ，如果画云图然后smooth命令来改善一下显示的效果，再在Geom中选择要显示出计算值的几何模型。

然后Plot就好。

可以画出来的量有：

1、面和体上的标量；2、面上的矢量；3、3维线上的标量和矢量；4、点上的标量和矢量。

Anim 动画制作，主要用在瞬态计算里面。

2D plot  一般用来画出一条线上的标量值。

横轴为先段上点到该线段起点的距离，纵轴为要求得值。

比如要知道电流沿导体厚度的分布规律时，可以沿导体厚度创建一条线，然后取得电流密度，2DPlot就可以画出电流密度随厚度的变化曲线。

Value取得一系列的值，比如可以将上面例子中的点的坐标和对应的电流密度值对应起来，然后通过write命令写入到一个.reg文件中。

方便对数据进行其它的分析，例如和理论值比较等。

Eval    对直接能得出一个常量的公式求出其结果。

例如电流密度对一个面积分，就得到其电流。

现Qry-〉J，Geom-〉surface …， ，eval。

就能得到结果。

Write  将结果写入文件。

Export将数据导出，可以根据已经存有坐标的文件，到坐标相对应的值或者按栅格导出，即先将一个面划分成许多方形的小格子，导出格子每个顶点处对应的值。

首先选择你要导出的量，然后根据需要选择。

     下面再举个例子，划出xy平面洛仑兹力的分布云图：

Qty->B,Qty->J,cross,Mag,Smooth,Geom->Volume->all,Domain,Geom->surface->xy,

plot

注意：

如果一个运算需要两个参数，那么先选出参数，然后再进行运算。

Plot的时候先计算出plot的量，然后选择几何形状。

有时候操作顺序错了，系统会有警告，提示相关操作的顺序，另外建议大家还是先把帮助看明白在说。

  Maxwell的前处理相对比较弱，但一般的模型都能够建立出。

Ansoft的功能：

Maxwell

2D

3D

磁场模块

静电场

电流场

瞬态场

温度场

参数化和优化设计

等效电路提取器

稳态磁场的分析通常归结为两大类：

静态场分析与涡流场分析，静态磁场是指所有的磁场两均不随时间改变而改变。

涡流磁场是指激励随时间按正弦或者余弦规律变化，从统计上来讲又是时间平稳的。

静磁场：

所谓静态场是不随时间变化的磁场，通常包括下面几种情况：

永磁体的磁场；稳恒电流产生的磁场、外加静磁场产生的磁场；均匀运动的导体（如线性感应电机）。

涡流场：

对于激励源（电压或电流）服从正弦或者余弦规律变化所产生的电磁场问题为涡流问题或者谐性问题，涡流问题的应用较为广泛，变压器、感应电机、感应加热器以及工作在交流状态下的电磁装置均为涡流电磁场分析范畴。

涡流、集肤效应、涡流导致的能量损耗、磁场中的力矩与力、阻抗等式涡流分析中通常感兴趣的物理量。

瞬态磁场分析：

在实际电磁场问题中常常会遇到电压、电流、外加场是无规则变化的，被求解问题虽时间做一定有规则的运动，以及所加载激励是时间、位置或者速度的函数关系，此类问题属于瞬态问题的范畴。

有限元分析的基本步骤

1、创建项目及定义分析类型2、建立几何模型3、定义及分配材料4、定义及加载激励源和边界条件5、求解参数设定6、后处理

查看软件计算的网格数量和能量误差

场图：

查看所关心的场图分布：

点击菜单栏上的View/SetViewContext项，在Time时间选项中，点击右侧的箭头，在下拉菜单中选中0.2s这一计算时刻做为分析对象

选中计算区域，右键FieldVoltage电压分布场图E电场强度J传导电密OhmicLoss欧姆损耗A矢量磁位H磁场强度B磁感应强度Energy能量

当目前已经显示了一个场图，要查看其它场图分布时，需要将先前生成的分布图隐藏然后才可以继续显示场图，否则多个图像会同时显示在一个模型上。

右键

把PlotVisibility前的对号取消

因为Maxwell2D所显示的场图是按照其默认设置进行的，有时并不适合所需要的显示结果，因而还需要进行认为调整。

鼠标左键双击图左上角的标尺栏，这样会弹出场图调节设置界面。

场图手动设置项包括四项：

Colormap颜色标尺项；Scale刻度设置项；Maker/Arrow矢量场设置项；Plots绘图项。

（2）路径上场量的查看

a通过绘制曲线

在计算模型里，有时会对某一条路径上的量感兴趣，在已有的场图中所看到的是某个物体表面上的场量，面上的量分布比较离散不易比较，这时候对于特殊部位，可以事先绘制一条考察路径，然后再计算该路径上的场量，并且可以对这些场量进行数学运算。

先在模型上绘制一条考察路径；

然后点击菜单栏上的Maxwell2D/Results/CreatFieldsReport/RectangularReport项；

左侧的Geometry项中点击下拉按钮，选择Polyline1即刚生成的考察路径，在中部的X坐标栏中，点击下拉按钮，选择Normalized（标准化）Distance项。

在中下方的场量中选择Mag_B即磁密B的模作为考察对象，在所有都设置完

毕后，点击NewReport按钮生成新的曲线图。

b生成表格

点击菜单上的Maxwell2D/Results/CreatFieldsReport/DataTable项，仍按上面的设置方法，可以得到一组表格。

（3）场计算器的应用

在Maxwell2D后处理中已经包含了一些基本的场量，但仍难以满足用户的所有需求，如求取径向磁密分布。

点击菜单栏上的Maxwell2D/Fields/Calculator项，会弹出如下图的场计算器。

点击场计算器的Input项下Quantity按钮，在下拉菜单里选择磁密B，再在Vector项下点击UnitVector按钮，在下拉菜单里Normal，其操作结果都会显示在场计算器的中部。

输入两个变量后，再点击Vector项下的Dot做点乘运算。

两个矢量运算后变为一个标量，点击Add按钮并将其命名为Br，点击OK确定。

然后仿照

（2）的显示某个路径上场量的方法，显示出事先定义的路径上的径向磁密Br。

然后仿照

（2）的显示某个路径上场量的方法，显示出事先定义的路径上的径向磁密Br。

Ansoft仿真步骤：

指定求解器类型（Solutiontype）、创建几何模型并指定材料属性（DrawModel&Materials）、添加求解选项并验证模型（AddSolutionSetup/Validate）、网格剖分、求解（AnalyzeAll）、后处理绘制场量图和去数据（Result&FieldOverlays）

对于激励源的设置最只要的设置一个回路，否则无法得到正确的结果。

在回路中加电源的位置建立一个截面，在截面上加载就可以了，注意截面为平面而非曲面。

可以设置求解力、力矩、电感、Coreloss的部分（先选取组件名然后选中组件中包含的导体）

静态场分析：

◆静态场：

磁场不随时间变化。

◆包括：

1.稳恒电流产生的磁场2.外加静磁场产生的磁场3.匀速移动的导体产生的磁场4.永磁体产生的磁场

◆分析什么？

（磁场力，转矩，磁力线分布）

建模过程中的注意事项：

◆物体必须封闭。

◆物体之间可以完全包含，不可以交叉。

◆物体边的分段数不可太低。

◆尽量避免过尖锐的物体，必要时要做钝化处理。

◆应用布尔运算后，原物体并不被删除，而是被指定为NonModel，物体处于隐藏状态。

建模基本操作

◆选择Model/DrawingPlane命令，设置模型的绘制平面。

选项中包括XYPlane和RZPlane.

◆选择Model/DrawingSize重新定义模型区域的大小。

◆选择Model/DrawingUnits来定义模型所用的单位。

◆创建模型。

建议通过画直线和圆弧来完成场域边界的建立。

◆需要的时候，利用Edit,Reshape和Arrange菜单命令修改你所建立的模型。

◆保存所建立的模型，退出模型绘制面板。

绕组注意事项：

连接要正确

尽量用不同颜色标明

同相分组

设定模型材料属性（SetupMaterials）：

◆选中物体，从材料库中选择所需材料，点击“Assign”。

◆添加新材料

◆材料的属性也可以用函数来赋值

设定边界条件及激励源：

◆静态场激励源为电流源

◆暂态场激励源为电流源、电压源以及外接电路

网格剖分：

系统自带的网格剖分设置，共有三个大项，分别是：

OnSelection、InsideSelection和SurfaceApproximation，其各自的意义为对于物体边界内指定剖分规则、对物体内部指定剖分规则和对物体表层指定剖分规则

RMxprt与2D/3D的耦合：

◆AnsoftV14版本可以将RMxprt模型采用一键式直接导入到2D界面中，自动完成几何模型绘制、材料定义、激励源添加、边界条件给定、网格剖分和求解参数设置等前处理项，用户只需要简单进行求解和后处理即可。

但这种一键式导入方式仅限于2D的瞬态场，若要进行其它场分析需要用户自己更改设置。

◆RMxprt模块计算后的模型也可以直接导入至Maxwell3D三维电磁场计算模块中，其导入的方法与导入至Maxwell2D模块相类似，但也有区别导入Maxwell3D模块后软件并不自动给出激励源、边界条件和网格剖分等设置，仅仅是提供了电机的几何模型和各部分材料，对于其余的前处理工作仍需要自行设置完成

激励添加的注意事项：

◆在进行静磁场计算时，激励源是以电流形式给出的。

这时候我们不需要建立每匝线圈的模型，因此我们只需要输入每相总的电流就行了。

匝数和电气拓扑结构只在进行电感计算时考虑。

◆Ansoft静态电感矩阵的计算时基于特定激磁，导体包围区域的线性磁导条件下计算的，电感矩阵的计算是对于完整闭合的绕组的，因此要去顶每个绕组的回路关系

◆电感计算：

激励源的设置与绕组排列无关。

考虑电感时，需要输入线圈的匝数以及线圈是如何电气连接的。

◆瞬态计算与静磁场计算表现不同：

没有自适应的网格剖分。

因为在每步瞬态计算时几何形状都不同，很明显Maxwell不会在每步计算时都响应地重做网格剖分，在动态分析中，将所有的转子位置进行一次尽可能合力的网格剖分。

激励源设置不同：

在静磁场计算中，仅关注流入导体的总电流，而在瞬态计算中，由于电流时任意的时间函数，我们使用绞线导体（需要明确每个绕组的准确导体数）我们需要创建专用的线圈和绕组。

◆线圈的设置：

Maxwell2D/Excitations/Assign/Coil（设置正负线圈以及导体数）

◆绕组的设置：

Maxwell2D/Excitations/AddWinding（绕组名称等）。

然后向绕组中添加线圈

◆完成各个槽中绕组设置，在世界电机计算中我们关心的并不是每个槽绕组的参数量，而是电机每相绕组端的参量，因此需要将属于每一项的槽绕组归属于同一相。

然后进行绕组设置

静态场中添加激励时由于三相对称绕组，B、C相电流相位落后A相电流相位120度和240度，值是其的一半。

设三相对称电流为：

永磁电机求解内容：

永磁体单独作用时：

转矩求解（永磁体和转子之间），绘制磁通密度分布图，

通入电流作用时：

电感计算，转矩值，

瞬态磁场求解时设置面域的注意事项：

在进行静磁场与涡流场分析时，由于不需要考虑电机转子区域的瞬时旋转运动，因此只建立一个包含整个电机求解域的外层面域即可，而进行瞬态分析时，则需要将运动部分与静止部分分离，因此需要建立一个包含整个电机转子求解域的内层面域。

Band模型将用于将静止物体和运动物体分开，Band不允许与几何模型交叉，Band允许自身滑动，但不能妨碍其他物体。

运动部件（转子和永磁体）需要包围在空气部件（Band）中，这样可以把运动部件和项目中固定的部分隔离开。

设置Band部件时遵循的规则①Band不需比任何方向的转动部件（边界线除外）稍大②Band应该是一个具有圆弧边界的扇形③强烈建议设置一个空气部件把所有运动部件包含在Band中，这将有利于沿气隙的网格剖分。

Band_in这个操作是把部件的大小调整为紧紧覆盖住转子及永磁体（与转子的外径相差0.2mm）

Rotor2:

转子靠近气隙并包围永磁体的部分被设计为高度饱和，在这些区域的网格密度要求高些，在转子内创建了一些部件，然后进行针对这些部件的网格剖分设置来在永磁体槽周围获得精细的网格剖分。

（完全包含在转子中因此材料属性与转子相同，不需要进行布尔操作）

Band_out是对气隙中的网格进行精细的剖分，在其中添加足够的分层。

可以增加分段数，降低每一段的跨度以降低网格剖分带来的误差。

（网格剖分变小）

静态场中观察不同时刻的磁场图：

绕组电流时定义时间变量t：

Maxwell2D/designproperties的表达式，注意在瞬态场中系统默认的时间和静态场中所定义的t是不同的。

在Optimetric下Parametricsetup1，右击Properties（Option下的savefieldsandmesh选项要打勾）。

瞬态场中analysissetup中设定好起始和终止时间、步长等，求解之后选择观察场图，然后右击B-Vector选animate选择不同系统时间即可观察不同时刻场图。

Ansoft参数化设计：

在建参数变量时有两种变量：

1、ProjectVariables。

相当于全局变量；2、localVariables。

相当于局部变量；

ProjectVariables能在一个project下各个2D、3D、RMxprt下用，设置在DesignProperties下建立；

localVariables则只能在一个project下的某一个模型下用。

设置在designproperties下建立；

论坛里总是有人一直问Ansoft的参数化有关的问题。

本人在学习Ansoft参数化的时候也花了好长一段时间，一直纠结于这里问题。

通过翻论坛里之前的帖子。

慢慢学会了一些。

发现论坛里这个参数化的例子的精华帖还是比较少。

所以本人就参数化的帖子和自己已知的一些知识与大家分享。

不足的地方请大家指教。

欢迎大家来讨论，增进所学。

谢谢！

在建参数变量时有两种变量：

1、ProjectVariables。

相当于全局变量；2、localVariables。

相当于局部变量；

ProjectVariables能在一个project下各个2D、3D、RMxprt下用，设置在DesignProperties下建立；

localVariables则只能在一个project下的某一个模型下用。

设置在designpr