MAXWELLD3D使用说明.docx
《MAXWELLD3D使用说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MAXWELLD3D使用说明.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MAXWELLD3D使用说明
AｎsoftMaxwｅll2D/3D 使用说明
目 录
第１章 Ansoft主界面控制面板简介
第2章 二维（2D）模型计算得操作步骤
2、1 创建新工程…………………………………………………………………２
2.2选择求解问题得类型 …………………………………………………………３
2、3 创建模型（DeｆineModｅｌ）…………………………………………………4
２。
4设定模型材料属性（ＳetupＭaterialｓ）…………………………………… 6
2。
５ 设定边界条件与激励源（SeｔuｐＢoｕnｄarｉｅs/Sourcｅs）………………… ８
2.6设定求解参数（SetｕpＥxｅcuｔiｖｅPaｒamｅtｅrｓ）…………………………9
２.7设定求解选项（SetupSｏlutioｎ Optｉons）………………………………1０
2。
8求解（Sｏｌｖｅ）…………………………………………………………………１0
2、9 后处理（ＰostPｒoｃeｓs）…………………………………………………… １1
2、1０工程应用实例 ………………………………………………………………1２
第3章三维（3D）模型计算得操作步骤
３。
1 建模………………………………………………………………………… １4
3.2定义材料属性 …………………………………………………………………17
3、3 加载激励与边界条件…………………………………………………………18
3、4设置求解选项与求解…………………………………………………………１8
3.５后处理…………………………………………………………………………18
3、６ 补充说明………………………………………………………………………１8
3、7 例1 两电极电场计算………………………………………………………１8
3、８例2电压互感器下半部分电场计算…………………………………… 22
第4章 有限元方法简介
4.１有限元法基本原理……………………………………………………………28
4、2有限元网格自适应剖分方法 …………………………………………………29
ﻬ第1章 Ａｎsoft主界面控制面板简介
在Windows下安装好Ansoｆt软件得电磁场计算模块Mａxｗelｌ之后,点击Wｉnｄows得“开始”、“程序”项中得Aｎｓoｆt、Mａxwelｌ CoｎtroｌPaneｌ,可出现主界面控制面板（如下图所示）,各选项得功能介绍如下。
1.1 AＮSOＦT
介绍Ansoft公司得联系方式,产品列表与发行商。
1.2PＲOJECＴS
创建一个新得工程或调出已存在得工程。
要计算一个新问题或调出过去计算过得问题应点击此项。
点击后出现工程控制面板,可以实现以下操作:
●新建工程。
●运行已存在工程。
●移动,复制,删除,压缩,重命名,恢复工程、
●新建,删除,改变工程所在目录、
1.３TRAＮSLATORS
进行文件类型转换、点击后进入转换控制面板,可实现:
1.将AｕｔｏCAD格式得文件转换成Maxwｅll格式。
2.转换不同版本得Maxwell文件。
1。
4PＲＩNＴ
打印按钮,可以对Ｍaxwｅｌl得窗口屏幕进行打印操作。
1.5 UＴILITIES
常用工具。
包括颜色设置、函数计算、材料参数列表等。
第2章 二维（2Ｄ）模型计算得操作步骤
2。
１创建新工程
选择MexｗelｌＣonｔrｏlPａneｌ（MexｗeｌlSＶ）启动Aｎsoｆt软件→点击PROJECTS打开工程界面（如图２。
1所示）→点击Nｅw进入新建工程面板（如图2、2所示）。
在新建工程面板中为工程命名（Ｎaｍe）,选择求解模块类型（如Maxwell2D,Ｍaxwell３D,Maxweｌｌ SV等）。
MaｘｗellＳV为StudentＶｅｒsiｏn即学生版,它仅能计算二维场。
在这里我们选择MaxwellSVｖersion9来完成二维问题得计算。
图2.1工程操作界面
图2.2新建工程界面
2、2选择求解问题得类型
上一步结束后,建立了新工程（或调出了原有得工程）,进入执行面板（Ｅxecｕtive manｄs）如图2、３所示。
面板得左边就是一系列得执行菜单,在接下来得求解过程中将顺次执行它们（前面得菜单没有正确执行时后面得菜单为灰色,不能执行）、
第一步,选择求解器（Soｌｖｅｒ）,点击后会出现场类型选项,包括静电场（Elｅctrｏsｔatic）,稳恒磁场（Ｍａｇnetｏsｔatic）与正弦时变涡流场（ＥddyCurrｅnt）等。
选择用户要求解得问题类型。
第二步,选择求解区域几何类型（Ｄrawiｎg）,包括平行平面场（XYPlaｎｅ）与轴对称场（ＲＺPlanｅ）。
对于场域模型创建模块（ＤefineModｅl）,设定模型材料属性模块（SetupMateriaｌs）,设定边界条件与激励源模块（SｅtupBｏundaries/Ｓourｃeｓ）,设定执行参数模块（Setup ExecuｔiveParametｅｒs）,设定求解参数模块（Setuｐ SoluｔｉonOptioｎs）,求解模块（Sｏlver）与后处理模块（ＰｏsｔProcess）将在下面分别详细说明。
图２.3执行面板（Exeｃutive mands）
2.3创建模型（ＤefinｅModel）
点击DｅfineModel选项,进入模型绘制面板（2DＭodｅｌeｒ）如图2.4所示、
图2、4:
模型绘制面板（2ＤModelｅr）
2．3。
１ 模型绘制命令项介绍
Fｉｌｅ
创建新文件（Ｎｅw）或调出已有文件（Open）及保存几何模型文件（Saｖe）;导入与导出其她格式文件（Impｏrｔ）;设置打印选项（PrinｔＳｅtup）;打印（Ｐrint）;退出模型绘制界面（Exit）。
实际上,进入该界面后可以直接建立模型,然后在推出时程序将提问就是否保存模型,且会自动按工程名赋予模型文件名。
在建模期间若担心信息丢失,可以使用保存命令存盘。
Edit
进行图形编辑,包括选择对象（Selｅct）与取消选择（Ｄeselｅct）、剪切（Ｃuｔ）、复制（Copy）与粘贴（Paｓｔe）、删除（Clｅar）;定义对象属性（Attributes）;控制对象得可见性（Visibilitｙ）等。
复制功能可以沿坐标轴、线或对称面复制对象。
Ｒeshapｅ
修改物体得形状。
包括对选中得物体进行按比例大小缩放（ＳｃaleSelｅctiｏn）;对定义圆弧得线段数进行重新设置（Ｅdｇｅ-Ｎｕmｂｅrof Segmeｎts）（在画圆弧时已进行了定义）。
圆弧线段得长度应小于有限元网格相应边界单元得边长,否则会带来较大得计算误差、因此,应定义较多得圆弧线段数（如对于圆周最好设180段）。
Boolean
不同物体之间得运算,包括合并（Union）、相减（Suｂtrａct）（如形成一个圆环可以通过两个圆相减得到）、相交（Ｉｎteｒsｅcｔ）等操作。
Arrａｎｇe
模型排列,包括移动（Ｍｏve）,旋转（Ｒｏｔatｅ）,镜像（Mirror）,同时可以重新定义模型尺度,即变换模型大小。
Obｊect
选择物体模型绘制类型,包括:
直线或折线（Poｌｙlｉne,双击鼠标结束画线）、圆弧（Ａrc）、由点定义得光滑曲线（Spｌine）、矩形（Rectanｇle）、圆（Ｃｉrcle）、
Modｅl
模型绘制参数设置与调整,包括距离测量（Mｅaｓure）、绘图量纲（Drawinｇ Unｉｔs）、绘图板大小定义（ＤｒａwｉｎgSiｚeｓ）、画笔捕捉设定（SnaptｏMode）、颜色与文字大小默认值设定（Defａｕlts）。
Wiｎdow
绘图窗口显示与坐标处理等,包括显示缩放（Cｈａｎgｅ Vｉeｗ -Zoomin,ouｔ）、坐标平移或旋转（CoordinａｔeSystｅm）、绘图界面网格设置（Ｇｒid）、填充封闭区域（ＦiｌlSolｉds）。
Heｌp提供在线帮助。
２。
3.2板面快捷工具功能介绍
工具条
图2、5为快捷工具条得图标,从左到右依次为:
画折线或直线、顺时针弧线、逆时针弧线、光滑曲线、写文字标记、绘制矩形、圆;物体平移、物体旋转、选择物体、取消选择、设置颜色、物体属性（包括显示物体得端点与给物体定位）、测量（包括显示所选两点得坐标与距离,两点连线与水平线得夹角）、放大、缩小、适应（使显示平面与物体大小适应）、坐标平移、坐标旋转。
图２、5:
快捷工具条
绘图区
绘图区就是绘制物体得区域。
可以利用Wiｎdｏw命令项中得Cａｓcaｄe-Subwiｎｄoｗs选项打开多个绘图区窗口。
可以调整这些窗口得位置与布局,也可以对每个窗口进行放大或缩小等操作,而其她窗口中得物体保持不变,此功能可以用来从不同得视角观察绘图区域,例如可以在一个窗口上放大局部区域观察细节,而另一个观察整体、
状态栏
状态栏位于模型绘制面板得底部,显示鼠标所在位置得坐标值,其主要用途就是在建模工程中直接输入坐标或几何尺寸,这就是建模得一个常用得办法。
因为用鼠标建模不易获得准确坐标数据。
若要在数据栏中输入坐标时,应将鼠标移出绘图区域,否则移动鼠标时会更改数据栏中得数据。
注意数据输入后按Enter健生效。
信息栏
信息栏位于“状态栏”得上面,用来提示应进行得操作或显示鼠标功能。
例如,点击建立矩形区域命令后,信息栏显示:
ＭOＵSELEFT:
Ｓeleｃｔfirsｔcｏrnerpｏiｎtｏｆrecｔangle（按鼠标左健选择（确定）矩形得第一个角点）,MＯUSE ＲIGHＴ:
Aboｒtcｏmｍanｄ（按鼠标右健中断当前命令）。
注意:
按鼠标右健中断命令功能会经常用到。
若在Ｕ、Ｖ（X、Y）数据栏中输入数据后按Enter健,信息栏显示:
MＯUSELEFＴ:
Ｓelectsecoｎdcornｅrpoｉｎtｏｆｒｅctangｌe（选择矩形得第二个角点）,此时在dＵ、dＶ数据栏中输入矩形得宽与高按Eｎter健便可建立矩形。
2。
３．3 建模得基本操作程序小结
（1）选择Ｍｏｄｅl/DｒawiｎgPｌaｎｅ命令,设置模型得绘制平面。
选项中包括XYPlaｎe与RＺPlaｎe.
（2）选择Modeｌ/DｒawｉngSiｚe重新定义模型区域得大小。
（3）选择Ｍｏdｅl/Drawｉｎg Units来定义模型所用得单位。
（4）创建模型。
建议通过画直线与圆弧来完成场域边界得建立。
（5）需要得时候,利用Edit,Reｓhaｐe与Arrangｅ菜单命令修改您所建立得模型。
（6）在建立模型得过程中也可以调用Window菜单命令新建子面板,用于模型细节或其她方面得建模、
（7）保存所建立得模型,退出模型绘制面板、
2。
4 设定模型材料属性（Seｔuｐ Ｍaterｉals）
２。
４.1界面介绍
模型材料界面分为４块（如下图所示）,左上部为物体（ｏｂjeｃt）与已定义得材料名（Mａterial）列表。
尚未定义得材料名为UNASSIGＮED,场域背景（Background）默认设定材料为真空（Vａｃuum）、左下部分为Ansｏｆｔ给定得或用户加入得材料库（Materiaｌ）,右上部分为模型图,右下部分为材料得具体参数、
2。
４。
2 设置材料属性
1．若材料库中存在所需材料,则从物体列表中选中一个物体,然后从材料库中选择所需材料,最后点击“Assigｎ”即可完成该物体得材料属性设定、
2．若材料库中不存在所需材料,则需要先填加新材料到材料库,然后再设定物体得材料属性。
填加新材料到材料库中得步骤如下。
（1）选择Material中得Ａdd
（2）在MａtｅrialＰropｅｒtiｅs下面得文本框内填入材料名、
（3）如果需要,可选择材料名文本框下面得PｅｒfectCoｎductoｒ（良导体）,AnisｏtropicMａtｅrｉａｌ（各向异性材料）或Ｂ-HＮonlinｅａrＭaｔeｒial（非线性磁材料）。
（4）在材料属性参数栏中输入具体得材料属性值,包括Rel。
Permiｔtivitｙ （相对介电常数）,Conduｃtivｉty（电导率,西门子/米）,Eｌec.Coeｒciviｔy（电矫顽力）,Eｌｅc、Retenｔｉvｉｔy（电记忆力）,Polarizａtion（电极化强度）。
对磁场计算还有Reｌ、 Pｅrmeａbiliｔy相对磁导率,ＭagneticCoerｃivｉty磁矫顽力,Ｍagｎeｔic Retentｉvity磁记忆力,Magnetization磁化强度。
（5）对非线性材料,点击B—ＨCuｒve按钮,定义材料得B-H曲线、
（6）对于材料得属性,也可以用函数得方法赋值,具体做法就是点击Functｉonｓ按钮,在弹处得对话框中输入函数得名称与表达式,然后在属性赋值时,利用函数名称赋值。
（7）材料性质设定后,点击Enｔer、
模型材料定义界面
2。
4。
3 排除物体
有些情况下,可能让一些物体不参加计算,这时,就可以利用排除该物体来实现该目得。
一种典型得情况就是,对于一个闭合得场域问题（如由第一类边界包围得一个电场区域）背景可以不参加计算,这时就可以利用排除背景来实现。
具体做法为:
选择要排除得物体,点击Eｘclｕｄe、可Inclｕdｅ来恢复物体。
2。
5 设定边界条件与激励源（SｅｔupBouｎｄａriｅs/Sｏｕｒces）
２。
5。
1 界面介绍
边界条件与激励源得界面如下图所示,左侧为已经设定得边界激励条件（第一次打开时为空）,右部上方为场域模型,用来配合选择边界或物体,右下方为设定边界或激励源得赋值区域。
2。
5。
２ 基本操作步骤
1.选择要赋值得边界或物体,方法:
点击Edit/Select/Ｅdge（Ｏbjｅcｔ／ByClicking）,然后鼠标变为一个黑色箭头,用鼠标点击选择边界（或物体）。
按鼠标右键则退出选择模式。
2.选择要加载边界条件还就是激励源,方法:
点击Aｓｓigｎ/Bｏｕndａｒy/Value设置边界值、Boｕnｄary/Syｍmeｔry设置对称边界值、Boundａrｙ/Bａｌloon设置开域场边界,Aｓsign/Sｏuｒce／Ｓｏlｉd设置激励源（电荷或电流）。
Sｙmmetry设置对称边界值分为奇对称（Odｄ）与偶对称（Eveｎ）。
奇对称可理解为对称边界两侧场源异号,对电场问题对称边为零电位线,磁场问题为一条磁力线;偶对称为同号源,电场问题为电位得法向导数或电场强度得法向分量为零,磁场问题为磁场强度得切向为零或磁力线垂直于对称边界。
如对于下图所示得一个电场问题,设大圆边界电位值为１0V,小圆为5V,左侧边界（Edｇe）为奇对称,其它三条边界设为Ｂalloｏn、电位分布如图所示、从电位结果可以瞧出,实际问题就是左侧有一个对称模型,但大圆电位值－10V,小圆为—5Ｖ。
3.键入边界或激励数值。
也可以用函数赋值,具体做法与上面讲到得用函数设定模型材料属性得方法类似、
4.点击Assｉgn保存设置并退出、然后点击退出界面、
２．5.3 几点说明
1.当完成物体选择后,注意让光标在场域内点击右键退出/完成选择步骤。
2.对于包含在其她物体内部得物体,用鼠标点击不能进行选择时,可以利用Eｄiｔ/Visibｉlity隐藏外面得物体,然后再选择;但最好就是利用物体得名称（Ｂy Ｎaｍe）进行选择。
3.对于背景（Bａckgrounｄ）,也可以与其她物体一样处理,可以单独选择它得各个边（Edge）,也可以作为整体（Object）选择,根据不同得情况加载不同得边界条件、
4.要想改变已设定过得边界或物体,应先删除原来得设定,即在界面左侧得列表中选中物体名然后按Ｄeｌ键、
2、6 设定求解参数（ＳeｔupExecutivｅＰarameters）
该步骤用来完成以下几个集总参数得求解设定。
1.施加在一个物体或一组物体上得电磁力（Ｆoｒce）。
2.施加在一个物体或一组物体上得力矩 （Torｑue）。
3.电容、电感、电阻值,对于多个物体给出分布参数矩阵（Ｍａtｒix）。
4.铁心损耗（CoreLoｓs）
5.磁链（FlｕxLinｅs）
设定方法或过程为:
首先点击SｅtｕｐExeｃutivePaｒａmeteｒs下相应得参数项进入设定面板,然后选择所要计算得物体。
例如,若模型中有5个物体,想要计算所有物体间得电容,则应全部选定,也可仅选其中得２个物体计算一个电容值。
对于力（力矩）计算,可以直接选择物体计算各物体得受力（力矩）,也可以先创建一个ｇｒｏｕp,然后选择此ｇｒｏｕp包含得物体,以实现合力（力矩）得计算。
选择一个物体后要按右下角得InｃludeSｅlｅctedObjecｔs:
Yｅｓ,然后物体列表中得名字后变为Ｙes。
2。
７设定求解选项（Ｓetuｐ Ｓolution Ｏｐtions）
该部分可以设置网格剖分、方程求解精度与求解方法等。
Ansoft具有网格自适应功能,这就是该软件得一大优点,自适应技术可以实现网格单元得合理分布,从而可以提高计算精度。
自适应网格细分就是一个迭代过程,程序先生成一个单元较少得初始（Iniｔｉaｌ）网格网格,然后计算场量,根据场量分布细分一些区域得网格,然后再计算场,依次循环。
该部分得具体内容如下。
1.SｔartｉngMeｓh:
自适应迭代过程得起始网格、该选项得第一部分为设置迭代过程就是从初始网格开始（Ｉnｉtiaｌ）,还就是从已经迭代计算过得当前网格开始（Ｃurrｅｎt）。
很显然,设置为Ｃuｒｒenｔ就是在上次已计算结果得基础上继续迭待,这样可以节省时间。
顺便指出,在迭代过程中用户可以终止计算,程序将保存当前结果,即亦可以得到计算结果、该选项得第二部分为人工网格处理（MａｎualMesh）,点击该项后进入网格处理界面,其中最常用得功能就是网格细分（Ｒefine）,利用该命令可以实现点（Poiｎｔ）、面（Ａrea）、物体（Obｊect）得网格细分,选择Point后光标变为十字,然后按左键便细分光标附近得网格,按Aｒea后光标也变为十字,按一下左键后拖拉鼠标到一个位置再按一次左键定义一个矩形区域,区域内得网格将被细分。
2.SoｌverResｉduaｌ:
方程求解器余量误差控制,一般利用默认值1e—5即可。
3.SｏlveｒChoice:
求解器计算方法选择,一般选自动（Ａuｔｏ）方式即可。
4.Sｏｌvｅfｏr:
求解目得。
计算场Fieｌdｓ,计算参数Paraｍeterｓ（上一步设定求解参数时所设定得内容,如电容,电感,电阻,力,力矩等）、
5.就是否要利用自适应技术,若就是则选中ＡdapｔiｖeAnａlｙsis。
然后要设定每部细分百分数或每步约增加得单元百分数（Pｅrcent rｅfｉneｍentｐｅｒ pass）,一般设定30%为亦;设定自适应迭代终止判据或控制参量（StoppinｇＣritｅｒion）,要求得总步数（Numberoｆ requｉreｄｐasｓeｓ）与误差百分数（Peｒcenteｒｒor）。
该误差只就是相邻两次迭代得总能量计算误差,并不表示场量得计算误差。
一般应设定一个较下得数值（如0。
01）,然后有迭代次数控制终止,因次数与误差只要一个条件满足程序就会停止。
步数开始可选侧1,待通过后处理判断结果正确后再分几次逐渐增加步数,以免一次定义步数太多而需要太长得计算时间。
２。
８ 求解（Sｏlve）
对上述内容设定完毕后就可以进行求解,在求解过程中,点击abort按钮,可以强行推出求解过程、当然如果前面得设置有错误得话,求解将不能正常完成。
选择右上角得Profile按钮,在maｎd/Iｎfo窗口中显示求解到每一步得信息;点击右上角得Coｎverｇeｎｃe（收敛）按钮,可以观察每一个求解步长得信息,包括剖分单元数,总能量值与能量误差;点击右上角得Sｏlｕtｉoｎs及其内部得相应项（如Force）,可以显示相应量得求解收敛情况。
２.９ 后处理（PostPrｏcess）
求解完成后,点击PｏｓtＰroｃess进入结果输出、图形显示与分析界面。
这里仅介绍最常用得一些功能。
在进入后处理界面后,选择Ｐlｏｔ菜单得Ｍeｓh选项,可以绘制计算过程中得网格剖分情况,了解剖分单元得分布。
但显示网格之前一定要选择要显示得部分,具体要通过Edit/Select来选择。
选择Ｐｌoｔ菜单得Field选项进行结果场图得绘制,此时会弹出一个CrｅatｅNｅwPloｔ得界面（如下图所示为电场问题得界面）,界面从左到右分成三个部分,第一个部分就是绘制得场量（ＰlｏtQuaｎtity）,包括电压phi（画等位线）、电场强度得幅值magE、电位移maｇ D（画场量分布云图）、电场强度与电位移矢量EVｅｃtoｒ与D Vectｏr（画矢量图）还有能量分布图;第二部分就是绘制得区域,包括点（Poiｎt）、线（Line）与面（Surｆace）;第三部分就是绘制区所属得范围、在每项中都选择一个项目后可按ＯK键。
在Pｌoｔ菜单下还有Ｖisiｂilｉtｙ与Ｄｅleｔe,点击后将给出已显示得场图列表。
图形显示方式就是重叠覆盖式,要想显示哪个场图（已被遮盖得场图）可选择Viｓiｂility然后点击场图名字,每点击一次Visｉbilitｙ状态将在Ｙｅs/Ｎｏ之间变换。
Delete用来删除场图以释放内存空间。
值得注意得就是,在后处理界面中可以象创建场域模型界面那样曾加几何模型,其目得就是为了进行模型上得场量显示,如要想观察沿一条线上得场分布,而该线段在场域建模时有没有建立,则可以在此建立。
2。
１0工程应用实例
一平行板电容器,极板厚2mm,宽１0０ｍｍ,极间距５０ｍｍ,所充介质得相对介电常数为5、计算电场、电容值与极板所受得力。
1.点击ＰＲＯＪECTS/Ｎｅw创建一个新得项目,命名为:
Examｐｌｅ1,Type:
Ｍaxwell SVVeｒsion ９（或其它２D版本）,点击OK.
2.Ｓｏｌver:
Ｅlecｔｒoｓtaｔic;Drawing:
XYPlanｅ.
3.点击DefinｅModel/DrawMｏdeｌ。
选择Ｍｏdｅl/Drawinｇ Sizｅ设置Minima:
X=—7０,Y=—40;Ｍaximａ:
x=７0,Y=40。
建立大一点Backgｒound就是为了考虑电容器得端部,实际上还可以选择更大得Backgrouｎd以减小外边界对计算精度得影响、
4.点击Winｄow／Grid设为ｄU、ｄV均为1。
5.点击Ｏbｊecｔ/Rectangle （或绘制矩形快捷键）,在点（-50,2５）处点击左键, 释放左键后向右上方移动鼠标至dU=１0０,dV＝2处点击左键,然后改变物体得名字与颜色（如果觉着必要）,点ＯK退出建立上极板。
也可以利用界面下边得坐标文本框输入数据,而不用鼠标、点击Objecｔ/Rectangｌe绘制下极板（建议利用界面下边得坐标文本框而不用鼠标）。
点击Ｏbject/Rectａnglｅ绘制电容器内部区域,即角点为（－５0,-25）（50,25）得矩形用来设定介质参数。
6.点击
7.进入ＳetupＭateｒiａls定义物体得材料属性。
将ｂａｃｋｇrouｎd定义为真空vacuum（默认值）;点击Objeｃｔ１,从材料列表中找到并点击Ｃｏpｐｅｒ,按Asｓign;类似地设定Ｏｂjecｔ2。
对Objｅct３需要增加一种材料,点击Ｍateｒiaｌｓ/Add,材料名设为EＳP2,设定R
升级会员 