关于电场分析的步骤和例子
电场分析要计算的典型物理量有:电场,电流密度,电荷密度,传导焦耳热 纯电场分析:包括,稳态电流传导分析,静电场分析,电路分析 静电场的分析基础是泊松方程:
主要的未知量(节点自由度)是标量电位(电压) 可用于电场分析的单元:
表1 传导杆单元
单元 LINK68 维数 3-D 形状或特性 单轴,2节点 自由度 温度和电压 表 2 2-D实体单元
单元 PLANE67 PLANE121 维数 2-D 2-D 形状或特性 四边形,4节点 四边形,8节点 自由度 温度和电压 电压 表 3 3-D实体单元
单元 维形状或特数 性 自由度 使用注意 每个节点6个自由度; 可以可用作热-电耦合单六面体,8SOLID5 3-D 是位移、温度、电压、磁标元或作为电-磁耦合节点 量位 场单元 六面体,8SOLID69 3-D 节点温度、电压 节点 四面点 六面SOLID122 3-D 体,20节电压 点 四面SOLID123 3-D 体,10节电压 点 可用作热-电耦合单元 每个节点6个自由度; 可以可用作热-电耦合单量位 场单元 SOLID98 3-D 体,10节是位移、温度、电压、磁标元或作为电-磁耦合 表 4 壳单元
单元 SHELL157 维数 3-D 形状或特性 四边形壳,4节点 自由度 温度和电压 表 5 特殊单元
单元 维数 形状或特性 自由度 无(超单根据结构中包括的MATRIX50 根据包含的单元类型决定 元) 单元确定 INFIN110 2-D INFIN111 3-D 4或8节点 每节点一个,可以是磁矢量位、温度、电压 位或标量磁位 六面体, 8 或20节AX, AY, AZ磁矢量位、温度、标量电点 表 6 通用电路单元
单元 维数 节点 形状或特性 自由度 CIRCU124 无 通用电路单元,最多可6每节点三个;可以是电势、电流或电动势降 表7 带电压自由度单元的反作用力
KEYOPT (1) Material DOFs Property Input for VOLT DOF TEMP, VOLT TEMP, VOLT TEMP, VOLT TEMP, VOLT VOLT, AZ AX ,AY, AX, VOLT AX, AY, AZ, VOLT, CURR AZ,VOLT VOLT VOLT VOLT Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS PERX, PERY Electric Charge Flabel=CHRG Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS RSVX, RSVY RSVX Electric Current Flabel=AMPS Electric Current Flabel=AMPS Reaction Force Element PLANE67 N/A LINK68 N/A SOLID69 N/A SHELL157 N/A PLANE53 1 1 SOLID97 4 SOLID117 1 PLANE121 N/A SOLID122 N/A SOLID123 N/A Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS RSVX, RSVY RSVX, RSVY Electric Current Flabel=AMPS Electric Current Flabel=AMPS Electric Charge PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG Electric Charge PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG SOLID127 N/A SOLID128 N/A VOLT VOLT Electric Charge PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG Electric Charge PERX, PERY, PERZ Flabel=CHRG Electric Current Flabel=AMPS Electric Current Flabel=AMPS Electric Current Flabel=AMPS Electric Current Flabel=AMPS Negative Electric Charge Flabel=AMPS CIRCU124 0–12 VOLT, CURR, EMF N/A CIRCU125 0 or 1 VOLT UX-VOLT, TRANS126 N/A UY-VOLT, UZ-VOLT 6 PLANE13 7 VOLT, AZ UX, UY, UZ, VOLT RSVX, RSVY PERX, PERY N/A N/A 0 Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS UX, UY, UZ, TEMP, VOLT, MAG Negative Electric PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current TEMP, VOLT, MAG RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS UX, UY, UZ, VOLT VOLT Negative Electric PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS SOLID5 1 3 9 0 Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS UX, UY, UZ, TEMP, VOLT, MAG Negative Electric PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current TEMP, VOLT, MAG RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS UX, UY, UZ, VOLT VOLT UX, UY, UZ, Negative Electric PERX, PERY, PERZ Charge Flabel=AMPS Electric Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS Electic Current RSVX, RSVY, RSVZ Flabel=AMPS PERX, PERY Electric Charge Flabel=CHRG SOLID98 1 3 9 SOLID62 N/A AX, AY, AZ, VOLT INFIN110 1 INFIN111 2 VOLT VOLT PERX, PERY, PERZ Electric Charge Flabel=CHRG 稳态电流传导分析简介 稳态电流传导分析可以分析计算直流电流和电压降产生的电流密度和电位分布。可以进行两种加载:电压和电流。稳态电流传导分析认为电压和电流成线性关系,即电流与所加电压成正比。
稳态电流传导分析的步骤
稳态电流传导分析有三个主要的步骤: 1.建立模型 2.加载并求解 3.观察结 1. 建立模型
建立模型,定义工作文件名和标题: 命令:/FILNAME, /TITLE
GUI:Utility Menu>File>Change Jobname
Utility Menu>File>Change Title
在GUI参数选择框中选择Electric选项。以便能够选择需要的单元。 GUI:Main Menu>Preferences>Electromagnetics>Electric
然后按照《ANSYS建模与分网指南》中的描述定义单元类型、定义材料特性并建立几何模型。
在电流传导分析中,可以使用下列单元: ·LINK68:三维二节点热/电线单元 ·PLANE67:二维四节点热/电四边形单元 ·SOLID5:三维八节点结构/热/磁/电六面体单元 ·SOLID69:三维八节点热/电六面体单元 ·SOLID98:三维十节点结构/热/磁/电四面体单元
·SHELL157:三维四节点热/电壳单元 ·MATRIX50:三维超单元
单元的详细介绍可参看前面单元表。
必须只定义一种材料特性:电阻(RSVX),它可以是和温度有关的。 2. 加载并求解
此步骤定义分析类型及其选项、给模型加载、定义载荷步选项并求解: 进入SOLUTION处理器 命令:/SOLU GUI:Main Menu>Solution 定义分析类型 作下列任何一个操作:
● 在GUI方式下,选择路径:Main Menu>Solution>New Analysis并选择Static分析。 ● 如果是一个新的分析,执行下列命令:ANTYPE,static,new
●如果是需要重启动一个前面做过的分析(如施加了另外一种激励),使用命令ANTYPE,STATIC,REST。如果先前分析的结果文件Jobname.EMAT, Jobname.ESAV, 和Jobname.DB还可用,就可以重启动分析。
定义分析选项
选择方程求解器(系统缺省使用Frontal求解器)。 命令:EQSLV
GUI:Main Menu>Solution>Analysis Options 加载 电流
电流(AMPS)是经常加在模型边界上的集中节点载荷(AMPS仅仅是一个载荷标志,和单位制无关),正值代表电流流入节点,负值代表流出节点。如果是均匀电流密度分布,应该耦合节点上的VOLT自由度,再将总电流加到某一个节点上去。