电流-磁场耦合分析实例

cowry

自己做了一个简单的电流-磁场耦合分析的实例
先对导体进行传导电流分析，然后又传导电流分析的结果分析模型中的磁场
希望对大家有所帮助

模型：分析一个锥形导体通电后产生的磁场
相关参数：
导体  大头半径0.02m   小头半径0.01m，长度0.5m
      RSVX 3e-7   MURX 1
空气区域  半径0.5m
          MURX 1

建模方法：先建一轴截面，对外部的空气域划分网格，然后旋转面，得三维模型，在对中间的导体划分网格，这样容易得到对称的网格。网格划得过细，懒得调整了。
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!建模
/PREP7  
!定义3种单元：
ET,1,SOLID97 !磁场分析单元
ET,2,SOLID69 !传导电流分析单元
ET,3,MESH200 !面单元，方便网格划分
KEYOPT,3,1,6 !将mesh 200单元定义成4节点面单元
KEYOPT,3,2,0
!定义材料
MPTEMP,1,0  
MPDATA,MURX,1,,1
*CSET,1,2,       1,2,   
MPCOPY, ,1,2
TBCOPY,ALL,1,2  
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,RSVX,2,,3e-7
!选择单位
EMUNIT,MKS
!建轴截面
K, ,,,,
K, ,0.02,,,
K, ,0.3,,,
K, ,0,0.5,,
K, ,0.01,0.5,,  
K, ,0.3,0.5,,
A,4,1,2,5
A,5,2,3,6
!对面幅材料属性
ASEL,S, , ,2
AATT,1, ,3,0,
ASEL,S, , ,1
AATT,2, ,3,0,  
!划分空气区域网格
ALLSEL,ALL
LESIZE,3, , ,30, , , , ,1
LESIZE,6, , ,30, , , , ,1
LESIZE,5, , ,8, , , , ,1
LESIZE,7, , ,8, , , , ,1
AMESH,2
!定义旋转的相关参数
TYPE,   1   
EXTOPT,ESIZE,8,0,   
EXTOPT,ACLEAR,1
EXTOPT,ATTR,1,0,0   
ESYS,0  
VROTAT,1, 2, , , , ,1,4,360,4,   !旋转
!对导体赋材料属性。见注1
VSEL,S, , ,1
VSEL,A, , ,3
VSEL,A, , ,5
VSEL,A, , ,7
VATT,2, ,1,0  
!对导体划分网格
LESIZE,2, , ,8, , , , ,1
LESIZE,8, , ,8, , , , ,1
LESIZE,18, , ,8, , , , ,1
LESIZE,28, , ,8, , , , ,1
VSWEEP,1
VSWEEP,3
VSWEEP,5
VSWEEP,7
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!传导电流分析
ESEL,S,MAT,,2     !将导体的单元改成solid 69进行传导电流分析
EMODIF,ALL,TYPE,2,
wpro,90.000000,,  !旋转工作平面
CSWPLA,11,0,1,1,  !创建新坐标系
CSYS,11
!耦合导体一个端面的VOLT自由度，并对该面上的一节电施加电流载荷
ASEL,S,LOC,X,0.5
ASEL,R,LOC,Y,-0.01,0.01
NSLA,S,1
NROTAT,ALL    !这句可要可不要，见注2
CP,10,VOLT,ALL   !耦合自由度
F,9257,AMPS,100   !施加总电流
!约束导体的另外一个端面VOLT自由度为0
ASEL,S,LOC,X,0   
ASEL,R,LOC,Y,-0.02,0.02
NSLA,S,1
D,ALL,VOLT,0  
ESEL,S,MAT,,2    !仅选择导体的单元进行分析
ALLSEL,BELOW,ELEM
!进行传导电流分析，并保存结果
FINISH  
/SOL
/STATUS,SOLU
SOLVE   
SAVE
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!选择节点法
/PREP7
/COM,   
/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:
/COM,  Magnetic-Nodal
  
ESEL,S,MAT,,2    !将导体的单元类型改回solid 97进行计算磁场分析
EMODIF,ALL,TYPE,1,
ALLSEL,ALL
!LDREAD,JS,,, , ,'test','rst',' ' !gui操作对应的命令流，test为工程名
LDREAD,JS,,, , ,,, !读入传导电流分析的结果
!选择模型的外边界，全部定义通量平行边界条件
ASEL,S,LOC,X,0
ASEL,A,LOC,X,0.5
ASEL,A, , ,8
ASEL,A, , ,16
ASEL,A, , ,24
ASEL,A, , ,31
DA,ALL,ASYM
!磁场分析
FINISH  
/SOL
/STATUS,SOLU
SOLVE  
SAVE


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注1：本来以为会从面上继承材料属性，由于没有划分网格，没有继承下来。不知道这是个规律，还是我设置的问题
注2：加载电流（AMPS）时ANSYS显示的方向为X轴正方向，我以为旋转了坐标系（将新建坐标系11的X方向与导体方向平行），就会改变方向，于是有了旋转坐标系的命令，但是改了后，箭头方向依然是全局的X方向。但是两种情况传导电流的分析结果是一致的。由此我觉得是不是可以不看它箭头的方向，ansys会自己根据导体的约束条件计算？

[ 本帖最后由 cowry 于 2007-5-29 22:17 编辑 ]

cowry

图1、传导电流分析的结果（电流矢量图）
图2、3、 磁场分析结果

zhangzhenbin

太漂亮了，顶一下!!你应该写书了，你是我见过的ANSYS弄得最明白的。但是很想知道相关问题看什么书呀！！我这里ANSYS书太少了！

cowry

看看论坛上的资料
ansys的help啦
其实也没有什么别的好书了

重要的是你要学会自己尝试，现用一个简单的模型找出方法
然后将方法用到你自己的模型上面

zhangzhenbin

多谢，多谢！！

zhangzhenbin

对了，这个模型在我的机器上怎么运行不出结果！！不知为何？？

cowry

中间有几个位置需要点确定的
别的我就不知道了

你可以先试试前面部分的传导电流分析

zhangzhenbin

我用的为ANSYS10.0，该程序还是通不过

cowry

什么错误？

zhangzhenbin

这些是警告!我删掉了,节省点空间

[ 本帖最后由 zhangzhenbin 于 2007-5-31 16:59 编辑 ]

zhangzhenbin

!!!斑竹给弄弄吧!!我郁闷了好几天了.另外,真想认识一下你,太羡慕了!!
为论坛节省点空间,我把不用的删掉了

[ 本帖最后由 zhangzhenbin 于 2007-6-1 07:01 编辑 ]

menyueqi

斑竹做的是电磁耦合，并且是顺序耦合吧。我从help上看了好多的例子，是关于多种物理场的顺序耦合问题，但是没有做出自己想要的结果。
1）你做的是将传导电流通过ldread读入到磁场中，也就是看此时的传导电流的磁场情况。若是采用同样的单元，solid69做热电分析，也就是说在导体的外面是形成对流的，此时空气那层的单元应该如何设置，采用d,all,temp,all么？
2）采用顺序耦合重要的是读入下个场分析的量，既然先做热电分析，那么joule heat 和本身的temp应该读入，这样对么？
3）我做的那个题目的目的是分析在外部热源作用下的导体的电流分布以及输出情况，当输入常值的电流信号，且不存在外部磁场的作用下，是可以采用solid69进行计算的。若是考虑Ac信号，且外部受到磁场作用，我没找到合适的单元，只有solid5能进行这样的分析。但是我看了help只能用顺序耦合，电磁和热顺序耦合，且采用的是谐分析，考虑了集肤和涡流效应。但若是最终读取热场载荷，那么电流的分布是不存在的。
希望版主给出一定的建议。

cowry

前面的是网格划分有点问题，边长比超过20，所以有点问题

Specified forces from the previous F command were applied only to      
defined and selected nodes.      

这个可能是因为版本的问题，造成节点编号不一致
所有选择不到施加总电流的节点
你可以用gui操作，在耦合了volt自由度的节点中任选一个施加电流
或者找出其中一个节点号， 改掉下句中的9257
F,9257,AMPS,100

cowry

二维的不能耦合的
二维传导电流分析，得到的结果是电流面内流动
而二维磁场分析的载荷，电流是垂直面流动的
所以耦合不上去

cowry

不好意思，我没有分析过热，
所以给不了你什么好的建议

menyueqi

谢谢版主了亚
你现在的做法，是顺序耦合吧。得到的磁场结果就是基于传导电流分布得到的吧。

cowry

恩

zhangzhenbin

是不是只有耦合了,第二步的耦合分析中才能把电流密度情况从第一部读出来,否则不可以呢??
!耦合导体一个端面的VOLT自由度，并对该面上的一节电施加电流载荷
ASEL,S,LOC,X,0.5
ASEL,R,LOC,Y,-0.01,0.01
NSLA,S,1
NROTAT,ALL    !这句可要可不要，见注2
CP,10,VOLT,ALL   !耦合自由度

[ 本帖最后由 zhangzhenbin 于 2007-5-31 17:03 编辑 ]

cowry

不是
耦合volt只在电流分析里面有用，磁场分析中没有用的
只要单元和节点一致就可以读取结果了

zhangzhenbin

版主:
       我有点弄不明白,为什么要电压要耦合呢(CP)??如果不耦合会出现什么问题呢??
这两天我学习的比较卖力,所以老是问版主,还请见量!!

[ 本帖最后由 zhangzhenbin 于 2007-6-1 10:32 编辑 ]