ANSYS关于电场分析步骤及例子Word文件下载.docx

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四边形壳，4节点

表5特殊单元

MATRIX50

无（超单元）

根据结构中包括的单元确定

根据包含的单元类型决定

INFIN110

4或8节点

每节点一个，可以是磁矢量位、温度、电压

INFIN111

六面体,8或20节点

AX,AY,AZ磁矢量位、温度、标量电位或标量磁位

表6通用电路单元

CIRCU124

无

通用电路单元，最多可6节点

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

Element

KEYOPT

（1）

DOFs

MaterialPropertyInputforVOLTDOF

ReactionForce

N/A

TEMP,VOLT

RSVX,RSVY

ElectricCurrentFlabel=AMPS

RSVX

RSVX,RSVY,RSVZ

PLANE53

1

VOLT,AZ

ElectricCurrentFlabel=AMPS

SOLID97

AX,AY,AX,VOLT

4

AX,AY,AZ,VOLT,CURR

SOLID117

AZ,VOLT

VOLT

PERX,PERY

ElectricChargeFlabel=CHRG

PERX,PERY,PERZ

SOLID127

SOLID128

0–12

VOLT,CURR,EMF

CIRCU125

0or1

TRANS126

UX-VOLT,UY-VOLT,UZ-VOLT

PLANE13

6

7

UX,UY,UZ,VOLT

NegativeElectricChargeFlabel=AMPS

UX,　UY,UZ,TEMP,VOLT,MAG

TEMP,VOLT,MAG

3

9

RSVX,RSVY,RSVZ

SOLID62

UX,UY,　UZ,AX,AY,AZ,VOLT

ElecticCurrentFlabel=AMPS

2

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：

UtilityMenu>

File>

ChangeJobname

ChangeTitle

　　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:

MainMenu>

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

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：

Solution>

NewAnalysis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）。

EQSLV

AnalysisOptions

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。

F

MainMenu>

-Loads-Apply>

-Electric-Excitation>

Current

电压（VOLT）是经常加在模型边界上的DOF约束，一个典型的应用是说明导体的一端电压值为零（接地端），另一端为一给定电压。

D

Charge

备份数据．

用工具条中的SAVE_DB按钮来备份数据库，如果计算机出错，可以方便的恢复需要的模型数据。

恢复模型时，用下面的命令：

RESUME

ResumeJobname.db

开始求解

SOLVE

CurrentLS

施加其它载荷条件

如果希望进行其他加载情况的计算，可以从这里再按照上述步骤操作即可。

完成求解

FINISH

Finish

观看结果

ANSYS把结果文件写入Jobename.RST中，数据有：

主数据：

节点电压（VOLT）

导出数据：

节点和单元电场（EFX,EFY,EFZ,EFSUM）

　　　　　　单元电流密度（JSX,JSY,JSZ,JSSUM）

　　单元焦耳热（JHEAT）

节点感生电流

进入后处理器：

/POST1

GeneralPostproc

在POST1中读结果

在POST1中后处理数据时，数据库中的模型数据一定要与结果数据相统一，且存在Jobname.RST文件。

用RESUME命令读入模型数据，用SET命令读入结果数据。

用下列命令把希望的时间点的结果读入数据库：

SET,TIME

UtilityMenu>

List>

Results>

LoadStepSummary

如果没有数据和指定的时间点对应，程序自动进行线性插值以得到在指定的时间点处的数据。

处理杆单元（LINK68）时，为了得到导出数据，必须使用下列命令读结果到数据库中：

ETABLE

Mainmenu>

GeneralPostproc>

ElementTable>

DefineTable

PLETAB

PlotResults>

ElemTable

PlotElemTable

PRETAB

ListResults>

ListElemTable

ElemTableData

等值线显示：

PLESOL,PLNSOL

ElementSolution

NodalSolu

矢量（箭头）显示：

PLVECT

Predifined

UserDefined

列表显示：

PRESOL,PRNSOL,PRRSOL

ReactionSolu

其他后处理，请参见《ANSYS基本过程手册》。

电流传导分析的其他例题

VM117–网路中的电流

VM170–正方形电流环中的磁场

VM173–电线中心线温度

静电场分析（h方法）

静电场分析用以确定由电荷分布或外加电势所产生的电场和电场标量位（电压）分布。

该分析能加二种形式的载荷：

电压和电荷密度。

静电场分析是假定为线性的，电场正比于所加电压。

静电场分析可以使用两种方法：

h方法和p方法。

h方法静电场分析中所用单元

表1.二维实体单元

形状或特征

每个节点上的电压

表2.三维实体单元

砖形（六面体），20节点

表3.特殊单元

取决于构成本单元的单元

取决于构成本单元的单元类型

每个节点1个；

磁矢量位，温度，或电位

六面体，8或20节点

AX、AY、AZ磁矢势，温度，电势，或磁标量势

INFIN9

平面，无界，2节点

AZ磁矢势，温度

INFIN47

四边形4节点或三角形3节点

h方法静电场分析的步骤

静电场分析过程由三个主要步骤组成：

1.建模

2.加载和求解

3.观察结果

建模

定义工作名和标题：

/FILNAME，/TITLE

如果是GUI方式，设置分析参考框：

Electromagnetics：

对于静电分析，必须定义材料的介电常数（PERX），它可能与温度有关，可能是各向同性，也可能是各向异性。

对于微机电系统（MEMS），最好能更方便地设置单位制，因为一些部件只有几微米大小。

详见下面MKS制到µ

MKSV制电参数换算系数和MKS制到µ

MSVfA制电参数换算系数表

表4．MKS制到µ

MKSV制电参数换算系数表

电参数

MKS制

量纲

乘数

µ

MKSV制

V

（kg）（m）2/（A）（s）3

（kg）（µ

m）2/（pA）（s）3

A

1012

pA

电荷

C

（A）（s）

pC

（pA）（s）

导电率

S/m

（A）2（s）3/（kg）（m）3

106

pS/µ

m

（pA）2（s）3/（kg）（µ

m）3

电阻率

Ωm

（kg）（m）3/（A）2（s）3

10-6

TΩµ

m）3/（pA）2（s）3

介电常数1

F/m

（A）2（s）4/（kg）（m）3

pF/µ

（pA）2（s）2/（kg）（µ

能量

J

（kg）（m）2/（s）2

pJ

m）2/（s）2

电容

（A）2（s）4/（kg）（m）2

pF

（pA）2（s）4/（kg）（µ

m）2

电场

V/m

（kg）（m）/（s）3（A）

V/µ

m）/（s）3（pA）

通量密度

C/（m）2

（A）（s）/（m）2

pC/（µ

（pA）（s）/（µ

自由空间介电常数等于8.0854E-6pF/µ

m

表5．MKS制到µ

MKS制

MSVfA制

（g）（µ

m）2/（fA）（s）3

1015

fA

fC

（fA）（s）

109

fS/µ

（fA）2（s）3/（g）（µ

（Kg）（m）3/（A）2（s）3

10-9

--

m）3/（fA）2（s）3

介电常数

fF/µ

（fA）2（s）2/（g）（µ

fJ

fF

（fA）2（s）4/（g）（µ

m）/（s）3（fA）

103

fC/（µ

（fA）（s）/（µ

自由空间介电常数等于8.0854E-3fF/µ

加载荷和求解

本步定义分析类型和选项、给模型加载、定义载荷步选项和开始求解。

进入求解处理器

选择下列方式之一：

选菜单路径MainMenu>

NewAnalysis并选择静态分析

ANTYPE，STATIC，NEW

如果你要重新开始一个以前做过的分析（例如，分析附加载荷步），执行命令ANTYPE，STATIC，REST。

重启动分析的前提条件是：

预先完成了一个静电分析，且该预分析的Jobname.EMAT，Jobname.ESAV和Jobname.DB文件都存在。

可以选择波前求解器（缺省）、预条件共轭梯度求解器（PCG）、雅可比共轭梯度求解器（JCG）和不完全乔列斯基共轭梯度求解器（ICCG）之一进行求解：

如果选择JCG求解器或者PCG求解器，还可以定义一个求解器误差值，缺省为1.0-8。

静电分析中的典型载荷类型有：

14.3.2.4.1电压（VOLT）

该载荷是自由度约束，用以定义在模型边界上的已知电压：

Loads>

-Electric-Boundary>

-Voltage-

电荷密度（CHRG）

-Charge-OnNodes

面电荷密度（CHRGS）

SF

-Electric-Excitation-SurfChrgDen-

Maxwell力标志（MXWF）

这并不是真实载荷，只是表示在该表面将计算静电力分布，MXWF只是一个标志。

通常，MXWF定义在靠近“空气-电介质”交界面的空气单元面上，ANSYS使用Maxwell应力张量法计算力并存储在空气单元中，在通用后处理器中可以进行处理。

FMAGBC

-Electric-Flag>

-MaxwellSurf-option

无限面标志（INF）

这并不是真实载荷，只是表示无限单元的存在，INF仅仅是一个标志。

-InfiniteSurf-option

体电荷密度（CHRGD）

BF，BFE

-ChargeDensity-option

另外，还可以用命令BFL、BFL、BFV等命令分别把体电荷密度加到实体模型的线、面和体上。

定义载荷步选项

对于静电分析，可以用其它命令将载荷加到电流传导分析模型中，也能控制输出选项和载荷步选项，详细信息可参见第16章“分析选项和求解方法”

保存数据库备份

使用ANSYS工具条的SAVE_DB按钮来保存一个数据库备份。

在需要的时候可以恢复模型数据：

结束求解

观察结果

AN