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工程电磁场课程设计——基于ANSYS软件的有限元分析法高超2010302540283电气工程与自动化2010级10班13163293933734215548@qq.com一、基本知识学习总结：1、UtilityMenu实用菜单SAVE_DB存储数据库RESUME_DB恢复数据库SelectEntity选择实体Comp/Assembly组元/集合Plot/Replot画图/重新画图Pan,Zoom,Rotate…平移，缩放，旋转…WorkPlane(WP)工作平面CoordinateSystem(CS)坐标系Macro宏Preference（）…优先设置…Preprocessor（Pre7）前处理GeneralPostproc(Post1)通用后处理Solution(Solu)求解模块TimeHistPostproc（Post26）时间历程后处理Optim……优化模块2、分析步骤（1）建模：A.重名文件名（/title，xx或者FileChangeTitle…）B.设定分析范围（mainmenupreferences:electrics）C.建立数学模型，并进行物理剖分析（2）加载求解器A.计入求解器B.定义分析类型：C.定义分析属性D.加载E.保存数据库F.开始求解G.世家附加载荷：若想施加额外的负载条件，重复执行H.完成求解（3）读取结果，进入后处理模块二、实验项目（一）静电场分析——求圆柱截流导线周围的电场和对地电容功能：主要能解决有电荷分布以及电压所引起的电场和电势（电压）分布以及多导体系统的部分电容。1、分析步骤：如上2、静电场分析——电容计算方法A.定义式：C=Q/UQ—带等量异号电荷的两导体的电量，U—两导体间的电压。B.能量法：C2𝑊（𝑈1𝑈0）2W—两导体系统的电场能量，U1,U0—两导体间的电压C.ANSYS中的CMATRIX宏命令：cmatrixGUI：MainMenuSolutionSolveElectromagnetStaticAnalysisCapacMatrix3、模型描述：求无限长载流导线附近的电场分布，无限长载流导线截面为圆柱形，周围为空气介质，平面位置和尺寸如图8(a)所示，R0=100mm，h=5m，H=50m。空气的相对电容率为εr=1,导线的相对电容率为εr=1。边界和激励设置：将大地和无限远处作为求解边界。求解区域外围空气（5倍的模型尺寸）设置为截断边界，边界上的电位为0V。导线截面内所有的电位均相等，导线为一等势体，电位设置为100V,图8(b)为模型总体示意图。4、模型分析原理：利用镜像法与等电轴法建立数学模型，如图等效电轴位置：√等效电容为：()d=2h即：将单输电线对地电容等效为双输电线之间的电容计算。，所以单极导线对地电容C=25、编程命令1、确定文件名，选择研宄范围点击UtilityMenuFileChangeTitle，输入你的文件名。点击MainMenuPreferences，选择Electric。2、定义参数：(ansyscommandwindows或者UtilityMenuParametersScalarParameters)h=5R0=0.1D_2=sqrt(h**2-R0**2)U=100d=2*hb=h-D_2pi=atan(1)*4epsilon=8.854187817*10**(-12)C0=2*pi*epsilon/log((d-(R0+b))/(R0-b))tau=C0*U3、定义单元类型：MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete图8(a)无限长导线模型尺寸图8(b)无限长导线电场计算模型示意图点击Add，选择Electrostatic和2DQuad121(二维四边形单元plane121)------------------[ET,1,PLANE121]ET,ITYPE,Ename,KOP1,KOP2,KOP3,KOP4,KOP5,KOP6,INOPRDefinesalocalelementtypefromtheelementlibrary.ET定义单元类型4、定义材料属性：MaterialPropsMaterialModelsElectromagneticsRelativePermittivityConstant:PREX=1(定义相对介电常数)--------------[MP,PERX,1,1]MP,Lab,MAT,C0,C1,C2,C3,C4Definesalinearmaterialpropertyasaconstantorafunctionoftemperature.PREP7:MaterialsLab:Validmaterialpropertylabel有效材料属性包括：弹性模量Elasticmoduli=（EX,EY,EZ）割线热膨胀系数Secantcoefficientsofthermalexpansion（ALPX...）瞬时热膨胀系数Instantaneouscoefficientsofthermalexpansion主要泊松比MajorPoisson'sratios(PRXY…)最小泊松比MinorPoisson'sratios(NUXY)5、创建几何模型:PlotCtrlsNumbering选Keypointnumbers为on，Linenumbers为on，Areanumbers为on，点击OK[/PNUM,KP,1/PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,1]/PNUM,Label,KEYControlsentitynumbering/coloringonplots.Label:KP-Keypointnumbersonsolidmodelplots.LINE-Linenumbersonsolidmodelplots(bothnumbersandcolorsonlineplots).AREA-Areanumbersonsolidmodelplots(bothnumbersandcolorsonareaplots).MainMenuPreprocessorModelingCreateLinesArcsByCent&RadiusArclengthindegrees中输入180Numberoflinesinarc中输入2--------------------------------------画一个半圆[circle,1,10*h,,,180]CIRCLE,PCENT,RAD,PAXIS,PZERO,ARC,NSEGGeneratescirculararclines.PCENT-Keypointdefiningthecenterofthecircle(intheplaneofthecircle)RAD-RadiusofthecirclePAXIS;PZERO;ARC;NSEG-Numberoflinesaroundcircumference(defaultstominimumrequiredfor90°-maximumarcs,i.e.,4for360°).NumberofkeypointsgeneratedisNSEGfor360°orNSEG+1forlessthan360°.MainMenuPreprocessorModelingCreateLinesLinesStraightLine选择关键点1，2并点击OK。重复上述操作，选择关键点1，4并点击OK。---------------【l,1,2l,1,4】L,P1,P2,NDIV,SPACE,XV1,YV1,ZV1,XV2,YV2,ZV2Definesalinebetweentwokeypoints.连接关键点。P1---Keypointatthebeginningofline.P2----Keypointattheendofline.MainMenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryByLines，选择L1，L2，L3，L4，然后点击OK。-----------------------【al,all】AL,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,L8,L9,L10Generatesanareaboundedbypreviouslydefinedlines.通过已定义的线条生成一个有界区域。L1,L2,L3,...,L10：Listoflinesdefiningarea（Theminimumnumberoflinesis3）（IfL1=ALL,useallselectedlineswithL2definingthenormal）MainMenuPreprocessorModelingCreateAreasCircleSolidCircle，在WPX栏中输入0，在WPY栏中输入h，在Radius栏中输入R0-----------------------------------【cyl4,0,h,R0】CYL4,XCENTER,YCENTER,RAD1,THETA1,RAD2,THETA2,DEPTHCreatesacircularareaorcylindricalvolumeanywhereontheworkingplane.(在工作区域坐标为(x,y)的点上建一个半径为R0的圆)SelectEverything选中所有对象---------------------------【alls】点击MainMenuPreprocessorModelingOperateBooleansOverlapAreas，在弹出的对话框中点击PickAll。---------------------【aovlap,all】AOVLAP,NA1,NA2,NA3,NA4,NA5,NA6,NA7,NA8,NA9Overlapsareas:重叠区域。NA1,NA2,NA3,NA9----Numbersofareastobeoperatedon（IfNA1=ALL,useallselectedareasandignoreNA2toNA9.）6、准备剖分模型MainMenuPreprocessorMeshingMeshTool：SizeControls》Lines：Set：输入1，2NDIV=50，Set：3，4，NDIV=50SPACESPACE=3；Set：5,6,7,8NDIV=20--------------------【lsel,s,radius,,R0；lesize,all,,,20；lsel,s,loc,y,0；lesize,all,,,50,3；lsel,all】LSEL,Type,Item,Comp,VMIN,VMAX,VINC,KSWPSelectsasubsetoflines.选择线段（建立线选择子集Type:LabelidentifyingthetypeofselectS---Selectanewset(default).－建立新的选择集（默认）R---Reselectasetfromthecurrentset.A---Additionallyselectasetandextendthecurrentset.A－－选择加入到当前选择集中以扩充当前集U---Unselectasetfromthecurrentset.ALL---Restorethefullset.NONE---Unselectthefullset.INVE---Invertthecurrentset(selectedbecomesunselectedandvicev反选。LESIZE,NL1,SIZE,ANGSIZ,NDIV,SPACE,KFORC,LAYER1,LAYER2,KYNDIVSpecifiesthe