磁力和磁力矩的问题

书山真君

在这个版块观望了一段时间，发现热心人还是不少的

以前有的问题自己都解决了，一来分享自己的心得，二来还是不死心想请教下各位高人的意见

1、使用ACDC模块计算两块永久磁铁间的力的时候，算出来的都是合力，可以准确地用comsol算出力的分布么？
我自己了解的情况是：用等效模型（磁化电流、磁荷）、Maxwell张量、洛伦兹力和虚功原理计算的都是合力，分布力没有实际意义

2、使用ACDC模块可以计算力矩（这个我还没操作过），如果是两个轴向磁化的圆柱状的永久磁铁，几何中心相隔一定距离，两轴线呈一定夹角时的力矩能算不？
个人觉得：如果在第一个问题中得不到准确地分布力，这个力矩应该也是没法算的

求高人指路！

soliton

我不懂这个。瞎说一下。

你所的的磁力，应该可以写成某些物理量的一个“公式”。用comsol将磁场有关的物理量求好后，再用这个公式进行“后处理”，应该就可以得到你说的“分布”吧？

书山真君

soliton 发表于 2012-2-7 10:40
我不懂这个。瞎说一下。

你所的的磁力，应该可以写成某些物理量的一个“公式”。用comsol将磁场有关的物理 ...

谢谢，很好的建议！
公式是有的，但是这些公式都只是一个大概，至少目前为止我本人还没发现有非常准确、国内外专家都很认可的、能够计算力的分布的公式

不知道是不是有其他高人见过这样的公式

寻求解析解目前好像是有困难的；计算机的强项是进行数值计算，不知道comso可以采用数值的方法计算不？

soliton

公式肯定有，估计要推一下。

书山真君

据我了解的情况是，很多国内外的专家都在推，至今还没有定论
到时我总结下，看是不是值得大家参考，到时再贴上来

书山真君

知道多少先写多少吧，免得帖子石沉大海了

以下内容，完全不是原创，参考如下文献（翻译有可能不够准确，仅供参考）
L. H. De Medeiros, G. Reyne, G. Meunier  Comparison of global force calculations on permanent magnets  IEEE Trans. Magn. vol. 34, NO.5  pp 3560-3563, 1998

一般计算永久磁铁磁力的方法有三种
方法一：等效源模型法，又可分为等效磁电流模型和等效磁电荷模型（这两种方法都是面积分法）
方法二：麦克斯韦应力张量法，又可分为体积分法与面积分法
方法三：虚功原理，又可分为磁矢势法与磁标势能法（这两种方法都是体积分法）

文章通过比较三种方法之优劣得出如下结论：
1、体积分计算精度高于面积分，但面积分比体积分计算速度快
2、对于方法一，两种等效源模型方法的计算精度都很差，而且计算磁出的分布力都没有实际意义
3、对于方法二，Maxwell面积分法理论上不受积分面积形状影响，但实际有影响，因此有限元计算时受网格单元类型影响很大；Maxwell面积分法是所有方法中计算速度最快的；Maxwell体积分法不受网格单元类型影响，其计算的分布力依然无实际意义
4、对于方法三，两种子方法的计算精度都优于其他方法，而且可以得到分布力；磁力的真实值（即解析解）应该位于方法三的两种子方法计算值之间

书山真君

下面的操作算两个一样的永久磁铁间的磁力，怎么算都不对，希望高手指点一二

下面是具体的操作

打开或新建了一个空白文件后，按如下顺序依次选择或操作
一、Model wizard
1 3D
2 Magnetic Fields， No Currents(mfnc)
3 Preset Studies 中的 Stationary

二、Geometry 1
建模说明：
1、建立两个相互作用的永久磁铁的几何模型
a、两磁铁几何形状一样，都是圆柱状。
b、中心轴线在Y轴上。
c、两磁铁端面相对，且都与ZX面平行且关于ZX面对称（注意：默认情况下，圆柱的 底面 中心在原点）。
2、作一个大圆球，用于定义磁标势零点，大球参数为：
半径：          大于1.5倍的磁铁间距即可，个人认为
位置：          中心在原点

三、Materials
1、添加一种材料，命名为Air
2、在setting中选择该材料的作用域为上一步中的大球体
3、添加Relative permeability的值为1

四、Magnetic Fields,No Currents(mfnc)
说明：磁铁材料为汝铁硼，轴向磁化
1、为两磁铁添加 Magnetic Flux Conservation 属性
在setting中，作用域（Domain）内添加 两磁铁代表的编号
本构关系（Constitutive relation）选择 剩余磁感应强度（Remanent flux density)
相对磁导率 选择为 用户定义（user defined）,输入值 1.05
剩余磁感应强度 输入值 (0 1.2[T] 0)
2、添加 Zero Magnetic Scalar Potential(添加参考零磁标势点，右键，point，Zero Magnetic Scalar Potential)
选择大球体上位于两磁铁对称面上的某一点（经高人指点，位于对称面上计算结果更准确）
3、添加 Force Calculation
在 作用域（Domain） 中选择 其中一个磁铁B，给这个力命名为FAB
4、再次添加 Force Calculation
在 作用域（Domain） 中选择 另一个磁铁A，给这个力命名为FBA

五、Mesh
可以将磁铁、大圆球的网格划分的不一致
右击Mesh 选择 Size, 设置大圆球的网格
右击Mesh 选择 Free Tetrahedral，右键Free Tetrahedral，选择 Size，设置两磁铁的网格

六、Study
右击Study 选择Compute

七、Results
使用Global Evaluation计算合力，结果不正确。
按照上一楼的说法，应该是进行Volume Integration会得到比较准确的结果
a、右击Derived Values 选择 Volume Integration
b、Expression 中 点击 Replace Expression 选择 Electromagnetic force 后面任选

为啥子我算的最后结果还是不正确。

在Magnetic Field,No Currents 中添加Force calculation要选择作用域（domains），在volume integration中也要选择对象（Selection），在这两个需要选择作用域或对象的地方，能够选择的就只有两个磁铁中的某一个（把两个都一起选了好像不对吧），然后进行四组组合选择，总结不正确的现象是：

1、不管在volume integration中选择对象（Selection）中选择哪个磁铁，只要Expression中选定了FAB的某一分量，计算结果是一样的，记为值V1

2、不管在volume integration中选择对象（Selection）中选择哪个磁铁，只要Expression中选定了FBA的某一分量，计算结果也是一样的，记为值V2

3、但是V1不等于V2，而且，V1和V2在X向和Z向分量不为0（理论上应该只有Y向有力的，X、Z向为0的）
不知道，问题出在哪里，求大侠们指点一二

书山真君

图片是我建的模型

安路

版主，你这是什么软件做的啊？ANSOFT吗？我在用ansys计算永磁。不过木有进展啊。听说ansoft更好用？是不是？谢谢版主及时回复。

书山真君

安路 发表于 2012-4-28 21:00
版主，你这是什么软件做的啊？ANSOFT吗？我在用ansys计算永磁。不过木有进展啊。听说ansoft更好用？是不是 ...

你进入并回复的既不是Ansys版，也不是ansoft版，这是comsol版。。。

书山真君

无人应答？
自己收了

书山真君

操作不正确？无此功能？

haiwind009

贴个mph文件吧,感觉comsol算的maxwell力应该不是合力,合力的话,需要有一个明确的力的作用点吧

书山真君

haiwind009 发表于 2012-7-21 21:54
贴个mph文件吧,感觉comsol算的maxwell力应该不是合力,合力的话,需要有一个明确的力的作用点吧 ...

真心想学这个的人，他会照着我的步骤操作的，没有mph文件也一样，有问题的人欢迎来信讨论

一般合力的话，默认的作用点不就是几何中心或重心么？如果由maxwell张量法算出的不是合力，请教楼上的兄弟，那它应该是什么力？

libao217

据我个人理解，磁场力产生于磁场和电流之间，磁场和磁场没有力的作用，所以楼主必须要建带电流的磁场，即磁场/有电流模型。
一个磁铁产生的磁场作用于另一块磁铁的分子电流上的综合作用即磁场力。所以两块磁铁的产生磁场的方式必须是体电流或是面电流磁能计算力。

书山真君

libao217 发表于 2012-9-18 23:04
据我个人理解，磁场力产生于磁场和电流之间，磁场和磁场没有力的作用，所以楼主必须要建带电流的磁场，即磁 ...

永磁铁上是没有电流的，那为什么2块永磁之间会有吸引力呢？按照你的理论是解释不通的哦

李小泽

书山真君 发表于 2012-11-27 11:35
永磁铁上是没有电流的，那为什么2块永磁之间会有吸引力呢？按照你的理论是解释不通的哦 ...

安培电流假设啊

Vance·

libao217 发表于 2012-9-18 23:04
据我个人理解，磁场力产生于磁场和电流之间，磁场和磁场没有力的作用，所以楼主必须要建带电流的磁场，即磁 ...

你这就搞笑了，磁场和磁场相互没力的作用。。。

Vance·

书山真君 发表于 2012-2-24 21:34
下面的操作算两个一样的永久磁铁间的磁力，怎么算都不对，希望高手指点一二

下面是具体的操作

你这个问题非常有交流意义，对于求解受力的分析我还是有些问题，不知道可否交流一下

semideity

安路 发表于 2012-4-28 21:00
版主，你这是什么软件做的啊？ANSOFT吗？我在用ansys计算永磁。不过木有进展啊。听说ansoft更好用？是不是 ...

三种都用过，就电磁计算而言，comsol如果10分的话，maxwell给8分，ansys给2分以资鼓励