MAXWELLD3D使用说明.docx

1、MAXWELLD3D使用说明Asoft Maxwll 2D/3D使用说明目 录第章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 选择求解问题得类型 2、3 创建模型(Deine Mod) 4。4 设定模型材料属性(etup aterial)62。设定边界条件与激励源(Seu onars/Sourcs)2.6 设定求解参数(Setp xcui Paamtr) 9.7 设定求解选项(Setup SlutioOptons) 12。8 求解(S) 02、9 后处理(ost Poes)12、1 工程应用实例 1第3章 三维(3D)模型计算得操作步骤。1建模

2、 43.2 定义材料属性 173、3加载激励与边界条件 183、4 设置求解选项与求解 83. 后处理 183、补充说明 83、7例1两电极电场计算 83、 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. 有限元法基本原理 284、2 有限元网格自适应剖分方法 29第1章soft 主界面控制面板简介在Windows下安装好Ansot软件得电磁场计算模块Mxel之后,点击Wnows得“开始”、“程序”项中得Aot、MxwelCotro Pane,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 ASOT介绍Ansoft公司得联系方式,产品列表与发行商。1.2 PO

3、JECS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. TRASLATORS进行文件类型转换、点击后进入转换控制面板,可实现: 1.将ACAD格式得文件转换成Maxwll格式。2.转换不同版本得Maxwell文件。1。4 PN 打印按钮,可以对axwl得窗口屏幕进行打印操作。1.5 UILITIES 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(2)模型计算得操作步骤2。 创建新工程选择Mexe

4、l onrl Pne (Mexel S)启动Asot软件点击PROJECTS打开工程界面(如图。1所示)点击Nw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(ae),选择求解模块类型(如Maxwell 2D, axwell D, MaxweSV等)。Maell V为Student sin即学生版,它仅能计算二维场。在这里我们选择Maxwell SV ersion 9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(xectivemans)如图2、所示。面板得左边就是一系列

5、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(So),点击后会出现场类型选项,包括静电场(Elctrsatic),稳恒磁场(netsatic)与正弦时变涡流场(ddy Currnt)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(rawig),包括平行平面场(XY Pla)与轴对称场( Plan)。对于场域模型创建模块(efine Modl),设定模型材料属性模块(Setup Materias),设定边界条件与激励源模块(Stup Bundaries/oure),设定执行参数模块(SetupExecuive

6、 Paramets),设定求解参数模块(SetuSoluon Optios),求解模块(Slver)与后处理模块(s Process)将在下面分别详细说明。图.3 执行面板(Exeutivemands)2.3 创建模型(efin Model)点击Dfine Model选项,进入模型绘制面板(2D ode)如图2.4所示、图2、4:模型绘制面板(2 Modelr)23。模型绘制命令项介绍F创建新文件(w)或调出已有文件(Open)及保存几何模型文件(Sae);导入与导出其她格式文件(Impr);设置打印选项(Prin tup);打印(rint);退出模型绘制界面(Exit)。实际上,进入该界面后

7、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(Selct)与取消选择(eselct)、剪切(u)、复制(Copy)与粘贴(Pae)、删除(Clar);定义对象属性(Attributes);控制对象得可见性(Visibilit)等。复制功能可以沿坐标轴、线或对称面复制对象。eshap 修改物体得形状。包括对选中得物体进行按比例大小缩放(ale Selctin);对定义圆弧得线段数进行重新设置(d-mr ofSegmets)(在画圆弧时已进行了定义)。圆弧线段得长度应小于

8、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(Sutrct)(如形成一个圆环可以通过两个圆相减得到)、相交(tesc)等操作。Arre 模型排列,包括移动(ve),旋转(at),镜像(Mirror),同时可以重新定义模型尺度,即变换模型大小。Obect 选择物体模型绘制类型,包括:直线或折线(Polne,双击鼠标结束画线)、圆弧(rc)、由点定义得光滑曲线(Spine)、矩形(Rectanle)、圆(rcle)、Modl 模型绘制参数设置与调整,包括距离测量(M

9、aure)、绘图量纲(DrawinUns)、绘图板大小定义(wg Sie)、画笔捕捉设定(Snapt Mode)、颜色与文字大小默认值设定(Deflts)。Widow 绘图窗口显示与坐标处理等,包括显示缩放(CgVe- Zoom in, ou)、坐标平移或旋转(Coordine Systm)、绘图界面网格设置(id)、填充封闭区域(il Solds)。Hep 提供在线帮助。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

10、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、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Widw命令项中得Ccae-Subwios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

11、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:OSE LEFT: ele firs crner pit recangle(按鼠标左健选择(确定)矩形得第一个角点), MUSEIGH: Abot cman(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、(X、Y)数据栏中输入数据后按Enter健,信息栏显示:MUSE LEF: elect sec

12、od cornr pot ctange (选择矩形得第二个角点),此时在d、d数据栏中输入矩形得宽与高按Eter健便可建立矩形。2。3 建模得基本操作程序小结（1）选择l/Dawig Pa命令,设置模型得绘制平面。选项中包括XY Plae与R Plae.（2）选择Mode/Dawng Sie重新定义模型区域得大小。（3）选择dl/DrawgUnits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,Rehae与Arrang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

13、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(Seuaterals)。.1 界面介绍模型材料界面分为块(如下图所示),左上部为物体(jet)与已定义得材料名(Mterial)列表。尚未定义得材料名为UNASSIGED,场域背景(Background)默认设定材料为真空(Vuum)、左下部分为Ans给定得或用户加入得材料库(Materia),右上部分为模型图,右下部分为材料得具体参数、2。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“Assig”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

14、,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dd（2）在Mtrial roptis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Pfect Coducto(良导体), Anistropic Mtr(各向异性材料)或-H onlinr aeial(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。Permitivit(相对介电常数),Condutivty (电导率,西门子/米),Eec. Coeciviy (电矫顽力),Ec、 Retenvy (电记忆力),Polariztio

15、n (电极化强度)。对磁场计算还有Re、Prmebiliy相对磁导率,agnetic Coerivty磁矫顽力,ageicRetentvity磁记忆力,Magnetization 磁化强度。（5）对非线性材料,点击B Cuve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Functon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Ener、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

16、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Ecle、可Incld来恢复物体。2。5 设定边界条件与激励源(Sup Bouris/Sces)。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。 基本操作步骤1.选择要赋值得边界或物体,方法:点击Edit/Select/dge(bjcBy Clicking),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

17、择模式。2.选择要加载边界条件还就是激励源,方法:点击Aig/Bndy/Value设置边界值、Bonary/Symery设置对称边界值、Boundr/Bloon设置开域场边界,Asign/Suceld设置激励源(电荷或电流)。Smmetry设置对称边界值分为奇对称(Od)与偶对称(Eve)。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0V,小圆为5V,左侧边界(Ede)为奇对称,其它三条边

18、界设为allon、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5。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Assgn保存设置并退出、然后点击退出界面、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Ei/Visiblity隐藏外面得物体,然后再选择;但最好就是利用物体得名称(yae)进行选择。3.对于背景(Bckgroun),也可以与其她物体一样处理,可以单独选择它得各个边(E

19、dge),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e键、2、6 设定求解参数(eup Executiv arameters)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 (oce)。2.施加在一个物体或一组物体上得力矩(Torue)。3.电容、电感、电阻值,对于多个物体给出分布参数矩阵(tix)。4.铁心损耗 (Core Los)5.磁链 (Flx Lins)设定方法或过程为:首先点击St Exeutive Pametes下相应得参数项进入

20、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p,然后选择此p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Inlude Slcted Objecs: Y,然后物体列表中得名字后变为es。2。 设定求解选项(etuolutiontions)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

21、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(Inia)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.Sartng Meh: 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(ntia),还就是从已经迭代计算过得当前网格开始(urrt)。很显然,设置为uen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(Mual Mesh),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

22、(efine),利用该命令可以实现点(Poi)、面(rea)、物体(Obect)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Aea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.Sover Resdua: 方程求解器余量误差控制,一般利用默认值1e5即可。3.Slve Choice:求解器计算方法选择,一般选自动(u)方式即可。4.Sv fr: 求解目得。计算场Fied,计算参数Paraeter(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da

23、pie Anlsis。然后要设定每部细分百分数或每步约增加得单元百分数(Prcentrfneent pass),一般设定30%为亦;设定自适应迭代终止判据或控制参量(Stoppin rition),要求得总步数(Number orequre ase)与误差百分数(Pecent eor)。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。 求解(Slve)对上述内容设定

24、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mad/Ifo窗口中显示求解到每一步得信息;点击右上角得Coveree(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Sltos及其内部得相应项(如Force),可以显示相应量得求解收敛情况。. 后处理(Post Prcess)求解完成后,点击Pt roess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l菜单得eh选项,可以绘制计算过程中得网格剖分情

25、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o菜单得Field选项进行结果场图得绘制,此时会弹出一个Crat Nw Plo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(lt Quatity),包括电压phi(画等位线)、电场强度得幅值mag E、电位移maD(画场量分布云图)、电场强度与电位移矢量E Vto与DVectr(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(Poit)、线(Line)与面(Surace);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K键。

26、在Po菜单下还有isiilt与lee,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Viiility然后点击场图名字,每点击一次Visbilit状态将在s/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。0 工程应用实例一平行板电容器,极板厚2mm,宽0,极间距,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ECTS/w创建一个新得项

27、目,命名为:Exam1,Type: axwellSV Vesion (或其它D版本),点击OK. 2.ver: lecotaic; Drawing: XY Plan.3.点击Defin Model/Draw Mde。选择dl/DrawinSiz设置Minima: X=7, Y=40; axim:x=0, Y=40。建立大一点Backgound就是为了考虑电容器得端部,实际上还可以选择更大得Backgroud以减小外边界对计算精度得影响、4.点击WinowGrid设为U、V均为1。5.点击bec/Rectangle(或绘制矩形快捷键),在点(-50, 2)处点击左键,释放左键后向右上方移动鼠标至

28、dU=0, dV2处点击左键,然后改变物体得名字与颜色(如果觉着必要),点K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Objec/Rectange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bject/Rectngl绘制电容器内部区域,即角点为(0,-25)(50,25)得矩形用来设定介质参数。6.点击7.进入etup ateils定义物体得材料属性。将roud定义为真空vacuum(默认值);点击Obje, 从材料列表中找到并点击p, 按Asign;类似地设定jec2。对Objct需要增加一种材料,点击ateia/Add,材料名设为EP2, 设定R