3.3 加载激励和边界条件
在工程菜单中选择Setup Boundary/Sources进入加载窗口。加载之前要选择欲施加载荷的物体,具体操作是进入菜单File->Edit->Select By Name来选择。
加载激励
电场问题的源为:Voltage(电压)、Charge(电荷)和Charge Density(电荷密度);磁场问题的源为:Current(电流)、Current Density(电流密度)和Voltage(电压)。对于时变场或涡流问题的源一般与计算磁场的源相同。 施加边界条件
施加边界条件和激励源的主界面如下图所示,可在激励和边界条件之间切换。
完成施加边界条件和激励源后关闭窗口,单击yes保存。
3.4 设置求解选项与求解
在工程菜单中选择Setup Solution->Options进入窗口设置求解选项。选项说明跟二维相同。完成设置后单击OK。
在工程菜单中选择Solve->Nominal Problems求解。
3.5 后处理
在工程菜单中选择Postprocess->Nominal Problems进入后处理窗口。后处理的功能将在后面结合实例讲解。
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3.6 补充说明
在打开一个工程时,若软件弹出“该工程被锁住(Locked)”的信息,应单击右下角的Recover按钮,然后单击“是”。
3.7 例 两电极电场计算
1.问题描述
空气中有高、低压两个电极,两个电极均为圆柱导体前端有一个半球,如下图所示,球的半径为10mm,两球顶点相距20mm,圆柱半径为20mm,高为100mm。计算目的是得到电场分布,察看电场强度和电位分布。为了说明软件的使用方法,我们计算其全模型。因为是轴对称模型,可以先建立平面模型然后旋转得到三维模型。
2. 模型建立
对该问题先建立二维模型然后导入二维模型进行旋转生成三维模型。利用图形界面建模的操作步骤如下。
(1) 新建工程。双击MAXWELL图标,打开MAXWELL面板。单击Project,打开工程窗口,然后单击new按钮。输入文件名(如kaiguan2d),选择分析类型为Maxwell SV Version 9(二维软件),单击OK,打开kaiguan2d工程窗口。
(2) 将Drawing从默认的XY Plane改成RZ Plane。不用修改Solver,因为只是建模,不用计算。
(3) 单击Define Model->Draw Model进入建模窗口。
(4) 进入菜单Model->Drawing Size修改画板尺寸。R为左下角标出的U方向,Z为V方向。将原来的0,-35,100,35改成0,0,100,200,然后OK。
(5) 进入菜单Model->Snap to Mode,去掉Snap to grid(捕捉栅格)前面的对号,如下图。注:Snap to vertex为捕捉顶点。
(6) 画电极。先画一个如下图所示的电极。
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单击工具栏的画顺时针圆弧,然后在屏幕下方的UV后面的空格中分别填入圆
心(0, 20),单击Enter。然后输入圆弧的起始点(10,20),即在dU栏中输入10,在dV栏中输入0,单击Enter;dU和dV是在圆心坐标的基础上得增量。再输入圆弧的终点(0,10),即在dU栏中输入0,在dV栏中输入-10,单击Enter。然后会弹出一个将圆由多少段直线段表示的提问窗口,定义段数(Number of segments)或角度增量(Angular increment)后单击OK,画板上出现一段圆弧。附注:实际上由圆心坐标与起始点坐标即可定义圆弧的半径,若所输入的终点坐标没有在圆弧上,则圆弧会终止在圆心与终点的连线上。
单击工具栏中的
进入画线状态。现在U、V栏中分别输入10和20,然后在dU、
dV中输入10和0,按Enter;再在dU、dV中输入0和100,按Enter;再在dU、dV中输入-20和0,按Enter;再按Enter即可得到下图所示的模型(为节省篇幅图形旋转了90度)。
(7) 退出保存建模窗口。单击Exit退出工程窗口。
(8) 新建一个名为kaiguan3d的工程,选择MAXWELL 3D Version 6。选择求解器为Electrostatic。
(9) 建三维模型。
单击Draw进入建模窗口。单击OK确认单位制为mm。菜单操作File->Import->2D Modeler File,选择kaiguan2d.pjt目录,选择该目录下的kaiguan2d.sm2,OK。二维模型成功导入到xy平面。
二维模型旋转成三维。菜单操作:Solids->Sweep->Around Axis。选择Object,按OK。Sweep Axis选择Y,OK,模型一半被建立。
做关于xoz坐标面的镜像拷贝生成模型的另一半。菜单操作:Edit->Select All选择所有物体;菜单操作:Edit->Duplicate->Mirror;给定对称面上的一点,即给定xyz的坐标分别为0,0,0,Enter,然后再输入一点定义对称面的法向,相对于对称面上的一点(0,0,0),应给定xyz的坐标为0,-10,0,Enter。退出保存。 3. 定义材料属性
在工程窗口中单击Setup Materials,打开材料属性定义窗口。将Object1~2全部定义为Copper(铜、导体)。单击Exit和Yes。 4. 定义边界条件
在工程窗口中单击Setup Boundaries/Sources。菜单操作:Edit->Select->By Name或者用鼠标选择高压电极Object1,单击Done,在Value后面的空格中输入100,单击Assign按钮。然后选择低压电极Object2,单击Done,在Value后面的空格中输入0,单击Assign按钮。退出保存或保存退出。
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5. 定义求解选项
在工程窗口中单击Setup Solution,Number of Request Passes(迭代步数)中输入2。注:三维模型要求计算时间一般较长,所以不要将一个新模型的迭代步数设置太大,察看结果趋势正确后再加步数。 6. 求解
在工程窗口中单击Solve->Nominal Problem进行求解。 7. 后处理。
察看XOY面电位分布。菜单操作:Plot->Field->phi, Surface xy, -all-, ok, ok,电位显示结果如下图所示。可以看到,由于计算步数只有2,单元较少所以电位分布图局部不光滑,呈锯齿状,增加计算步数即可得到好的结果。
察看电场强度。菜单操作:Plot->Field->E, Vector Surface, xy, -all-, ok。Size(箭头大小)50, Spacing(箭头间距)10。
8. 结果文件输出方法
利用计算器可以实现导出结果数据的功能。 (1)准备工作
在Ansoft工作目录的pjt文件夹下用记事本建立两个文件,将它们的扩展名分别修改为pts和reg。pts文件的内容为给定所要观察的场点的坐标,其格式如下(三个点):
0 0 0
-5 0 0 5
0 0
,在input中单击Qty按
(2)导出结果数据到文件
以电场强度的结果为例。单击工具栏中的计算器按钮
钮并选择E,在ouput中选择Export->To File,在Points File Name中选择已建立的扩展
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名为pts的文件,Output File Name中选择已建立的扩展名为reg的文件,OK即可。用记事本打开reg文件,即可看到如下结果。
Vector data \
0 -5 0 5866.51211916 -55464.2863341955 8098.0792033769 0 0 0 0 5 0
-794.167058431997 -55535.4035275828 2945.31956701277 3264.90141432673 -55591.4792657537 -2160.26057866903
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