Вишняков - Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS – 03 Решение задачи (Вишняков - Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS)

 è ø í ÿ êî â Ñ .  . , Ãî ðä þõ è í à Í . Ì . , Ô åä î ð î âà Å . Ì .Ð à ñ÷ å ò ýë å ê ò ð îì à ã í è ò í û õ ï î ë å é ñ ï îì î ù ü þ ï ð î ã ð à ì ì í î ãî ê î ì ï ë å êñ à A N S Y SÌÝÈ (ÒÓ) Êàôåäðà ýëåêòðîôèçèêè 2003Ãëàâà 3. Ðåøåíèå çàäà÷èÄëÿ ñîçäàííîé ðàíåå ìîäåëè ñëåäóåò ñîçäàòü áàçó äàííûõ,ñîäåðæàùóþ ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ (ÃÓ), èíôîðìàöèþ îá èñòî÷íèêàõïîëÿ è ñâåäåíèÿ î òîì, íà êàêîì øàãå ðåøåíèÿ ñëåäóåò ïðèìåíèòüýòè ÃÓ (åñëè ðåøàåìàÿ çàäà÷à ñîäåðæèò íåñêîëüêî íàáîðîâ ÃÓ). Âñîîòâåòñòâèè ñ òðåáîâàíèÿìè ïðîãðàììû ANSYS ñîâîêóïíîñòüâñåõ ýòèõ äàííûõ áóäåì íàçûâàòü óñëîâèÿìè íà ãðàíèöàõ (ÓÃ, LoadSet). Íàáîð Óà ìîæåò áûòü ñîõðàíåí â ôàéëå.  ïðîãðàììå ñëåäóåòòàêæå óêàçàòü, êàêèå àëãîðèòìû ðåøåíèÿ ñèñòåìû óðàâíåíèé è ñêàêîé òî÷íîñòüþ ñëåäóåò èñïîëüçîâàòü.3.1.

Çàäàíèå ïàðàìåòðîâ äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷èÏðåæäå âñåãî ñëåäóåò óêàçàòü, êàêîé èìåííî òèï àíàëèçà áóäåòïðèìåíåí: Solution -> New Analysis, ïîñëå ÷åãî ïîÿâèòñÿ îêíî, âêîòîðîì ñëåäóåò âûáèðàòü îäèí èç ñëåäóþùèõ òèïîâ:à) äëÿ ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ çàäà÷ − ñòàòè÷åñêèé (Static),ðàñ÷åò óñòàíîâèâøåãîñÿ ðåæèìà (Steady State), ÷àñòîòíûé(Harmonic) èëè âðåìåííîé (Transient);á) äëÿ âûñîêî÷àñòîòíûõ çàäà÷ − ìîäàëüíûé (Modal) èëè ÷àñòîòíûé (Harmonic).Åñëè óêàçàí ÷àñòîòíûé òèï, òî ñëåäóåò çàäàòü äèàïàçîí ðàáî÷èõ÷àñòîò è ÷èñëî ðàñ÷åòíûõ òî÷åê. Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìî âûáðàòüïóíêò ìåíþ Solution->Time/Frequenc ->, ïîñëå ÷åãî â ïîÿâèâøåìñÿïîäìåíþ ñëåäóåò âûáðàòü ïóíêò Freq and Substps è â îòêðûâøåìñÿîêíå çàäàòü íà÷àëüíîå è êîíå÷íîå çíà÷åíèÿ ÷àñòîòû (â ãåðöàõ) è÷èñëî øàãîâ.Åñëè óêàçàí âðåìåííîé òèï, òî ñëåäóåò çàäàòü äèàïàçîíèçìåíåíèÿ âðåìåíè è ÷èñëî ðàñ÷åòíûõ òî÷åê.

Äëÿ ýòîãî íåîáõîäèìîâûáðàòü ïóíêò ìåíþ Solution->Time/Frequenc ->, ïîñëå ÷åãî âîòêðûâøåìñÿ ïîäìåíþ ñëåäóåò âûáðàòü ïóíêò Time and Substps è âïîÿâèâøåìñÿ îêíå çàäàòü íà÷àëüíîå çíà÷åíèå âðåìåíè (â ñåêóíäàõ),÷èñëî øàãîâ è âåëè÷èíó øàãà.

Ýòè äàííûå íåîáõîäèìî ââîäèòü äëÿêàæäîãî íàáîðà ÓÃ, ïðè÷åì íà÷àëüíîå âðåìÿ äëÿ êàæäîãîñëåäóþùåãî íàáîðà Óà äîëæíî áûòü áîëüøå, ÷åì êîíå÷íîå äëÿïðåäûäóùåãî íàáîðà.22 è ø í ÿ êî â Ñ .  . , Ãî ðä þõ è í à Í . Ì . , Ô åä î ð î âà Å . Ì .Ð à ñ÷ å ò ýë å ê ò ð îì à ã í è ò í û õ ï î ë å é ñ ï îì î ù ü þ ï ð î ã ð à ì ì í î ãî ê î ì ï ë å êñ à A N S Y SÌÝÈ (ÒÓ) Êàôåäðà ýëåêòðîôèçèêè 20033.2.

Çàäàíèå ãðàíè÷íûõ óñëîâèé è èñòî÷íèêîâ ïîëÿÄëÿ çàäàíèÿ óñëîâèé íà ãðàíèöàõ (ÓÃ) èñïîëüçóåòñÿ ðàçäåëLoads â ìåíþ Solution. Äëÿ òîãî ÷òîáû çàäàòü ÓÃ, íåîáõîäèìîâûáðàòü ïóíêò Apply; äëÿ òîãî ÷òîáû îòìåíèòü çàäàííûå ÓÃ,íåîáõîäèìî âûáðàòü ïóíêò Delete.Ïîñëå âûáîðà ïóíêòà Apply ïîÿâèòñÿ ìåíþ, â êîòîðîì áóäóòäîñòóïíû ñëåäóþùèå ïîäìåíþ:à) åñëè òèï ðåøàåìîé çàäà÷è − Electric1.  ðàçäåëå -Electric-:1.1. Boundary − çàäàíèå ïîòåíöèàëîâ;1.2. Excitation − çàäàíèå çàðÿäîâ;1.3. Flag - çàäàíèå óñëîâèé íà áåñêîíå÷íîñòè.á) åñëè òèï ðåøàåìîé çàäà÷è − Magnetic1.

â ðàçäåëå -Magnetic-:1.1. Boundary − çàäàíèå ìàãíèòíûõ ïîòåíöèàëîâ;1.2. Excitation − çàäàíèå ïëîòíîñòè òîêà;1.3. Flag − çàäàíèå óñëîâèé íà áåñêîíå÷íîñòè.2. â ðàçäåëå -Electric-:2.1. Boundary − çàäàíèå ýëåêòðè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà.â) åñëè òèï ðåøàåìîé çàäà÷è − High Frequency1. ðàçäåëå -EM-:1.1. Boundary − çàäàíèå èäåàëüíûõ ïðîâîäíèêîâ è ìàòåðèàëîâ ñáåñêîíå÷íîé ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòüþ;1.2.

Excitation − çàäàíèå èñòî÷íèêîâ ïîëÿ è ñâîéñòâ ðåàëüíûõïðîâîäíèêîâ;1.3. Flag − çàäàíèå óñëîâèé íà áåñêîíå÷íîñòè.Áîëåå ïîäðîáíîå îïèñàíèå Solution->Loads-Apply->ElectricBoundary->Ðàçäåë Voltage − çàäàíèå ïîòåíöèàëà íà ãðàíèöàõ:On keypoints − â âûáðàííûõ òî÷êàõ;On Nodes − â óçëàõ ÊÝ;On Lines − íà ëèíèÿõ (è ðåáðàõ òðåõ- è äâóìåðíûõ îáúåêòîâ);On Areas − íà ïîâåðõíîñòÿõ.Ïîñëå âûáîðà ëþáîãî èç ïóíêòîâ ïîÿâëÿåòñÿ îêíî âûáîðàãåîìåòðè÷åñêèõ îáúåêòîâ (ñì.

ïàðàãðàô 6.1), à ïîñëå âûáîðà23 è ø í ÿ êî â Ñ .  . , Ãî ðä þõ è í à Í . Ì . , Ô åä î ð î âà Å . Ì .Ð à ñ÷ å ò ýë å ê ò ð îì à ã í è ò í û õ ï î ë å é ñ ï îì î ù ü þ ï ð î ã ð à ì ì í î ãî ê î ì ï ë å êñ à A N S Y SÌÝÈ (ÒÓ) Êàôåäðà ýëåêòðîôèçèêè 2003íóæíûõ ýëåìåíòîâ − çàïðîñ íà ââîä çíà÷åíèé ïîòåíöèàëà.J-Normal − óêàçûâåò íà íàëè÷èå òîëüêî íîðìàëüíîéñîñòàâëÿþùåé âåêòîðà ïîëÿ ïî îòíîøåíèþ ê âûáðàííîìó îáúåêòó.J-Parallel − óêàçûâàåò íà íàëè÷èå òîëüêî òàíãåíöèàëüíîéñîñòàâëÿþùåé âåêòîðîâ ïîëÿ.Áîëåå ïîäðîáíîå îïèñàíèå Solution->Loads-Apply->ElectricExcitation->Ðàçäåë Charge − çàäàíèå çàðÿäà:On keypoints − â âûáðàííûõ òî÷êàõ;On Nodes − â óçëàõ ÊÝ.Ðàçäåë Charge Density − çàäàíèå îáúåìíîé ïëîòíîñòè çàðÿäà:On Volumes − â âûáðàííûõ îáúåìàõ;On Elements − â âûáðàííûõ ÊÝ;On Keypoints − â âûáðàííûõ òî÷êàõ;On Nodes − â óçëàõ ÊÝ;On Lines - íà ëèíèÿõ;On Areas - íà ïîâåðõíîñòÿõ.Ðàçäåë Surf Chrg Den − çàäàíèå ïîâåðõíîñòíîé ïëîòíîñòè çàðÿäà:On Nodes − â óçëàõ ÊÝ;On Lines − íà ëèíèÿõ;On Elements − îáúåìíàÿ ïëîòíîñòü çàðÿäà â âûáðàííûõ ÊÝ;On Areas − íà ïîâåðõíîñòÿõ.Ïîñëå âûáîðà ëþáîãî èç ïóíêòîâ ïîÿâëÿåòñÿ îêíî âûáîðàãåîìåòðè÷åñêèõ îáúåêòîâ (ñì.

ïàðàãðàô 6.1), à ïîñëå âûáîðàíóæíûõ ýëåìåíòîâ − çàïðîñ íà ââîä ñîîòâåòñòâóþùèõ çíà÷åíèéçàðÿäà. ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ìàãíèòíîãî àíàëèçà äîñòóïíûñëåäóþùèå ðàçäåëû:à) Magnetic − ââîä çíà÷åíèé ìàãíèòíîãî ïîòåíöèàëà, ïëîòíîñòåéòîêîâ è ò.ä.;á) Electric − ââîä çíà÷åíèé íàïðÿæåíèé è òîêîâ (åñëè äëÿ ÊÝäîñòóïíà ñòåïåíü ñâîáîäû Volt).24 è ø í ÿ êî â Ñ .

 . , Ãî ðä þõ è í à Í . Ì . , Ô åä î ð î âà Å . Ì .Ð à ñ÷ å ò ýë å ê ò ð îì à ã í è ò í û õ ï î ë å é ñ ï îì î ù ü þ ï ð î ã ð à ì ì í î ãî ê î ì ï ë å êñ à A N S Y SÌÝÈ (ÒÓ) Êàôåäðà ýëåêòðîôèçèêè 2003Áîëåå ïîäðîáíîå îïèñàíèå Solution->Loads-Apply->MagneticBoundary->Ðàçäåë Vector Poten − çàäàíèå âåêòîðíîãî ìàãíèòíîãî ïîòåíöèàëà:On Lines − íà ëèíèÿõ;On Areas − íà ïîâåðõíîñòÿõ;On Keypoints − â òî÷êàõ;On Nodes − â óçëàõ ÊÝ.Ïðè âûáîðå ëþáîãî ïóíêòà âûâîäèòñÿ îêíî âûáîðàãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ñì.

ïàðàãðàô 6.1) è ïîñëå âûáîðàíóæíûõ îáúåêòîâ − îêíî ñ çàïðîñîì íà ââîä çíà÷åíèéäåéñòâèòåëüíîé è ìíèìîé ÷àñòåéäëÿ âñåõ âîçìîæíûõñîñòàâëÿþùèõ (Az, Ax, Ay) âåêòîðíîãî ïîòåíöèàëà.Ðàçäåë Scalar Poten − çàäàíèå ñêàëÿðíîãî ìàãíèòíîãî ïîòåíöèàëà:On Lines − íà ëèíèÿõ;On Areas − íà ïîâåðõíîñòÿõ;On Keypoints − â òî÷êàõ.Ïðè âûáîðå ëþáîãî ïóíêòà âûâîäèòñÿ îêíî âûáîðàãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ñì.

ïàðàãðàô 6.1) è ïîñëå âûáîðàíóæíûõ îáúåêòîâ - îêíî ñ çàïðîñîì íà ââîä çíà÷åíèéäåéñòâèòåëüíîé è ìíèìîé ÷àñòåé ñêàëÿðíîãî ïîòåíöèàëà.J-Normal − óêàçûâåò íà íàëè÷èå òîëüêî íîðìàëüíîé ñîñòàâëÿþùåéâåêòîðîâ ïîëÿ ïî îòíîøåíèþ ê âûáðàííîìó îáúåêòó (òî÷êå, óçëó,ëèíèè, ïîâåðõíîñòè).J-Parallel − óêàçûâàåò íà íàëè÷èå òîëüêî òàíãåíöèàëüíîéñîñòàâëÿþùåé âåêòîðîâ ïîëÿ.Áîëåå ïîäðîáíîå îïèñàíèå Solution->Loads-Apply->MagneticExcitation->Ðàçäåë -Curr Density- − ââîä ïëîòíîñòåé òîêîâ:On Lines − íà ëèíèÿõ;On Areas − íà ïîâåðõíîñòÿõ;On Volumes − â îáúåìàõ;On Keypoints − â òî÷êàõ;On Nodes − â óçëàõ ÊÝ;On Elements − â ÊÝ.25 è ø í ÿ êî â Ñ .  .

, Ãî ðä þõ è í à Í . Ì . , Ô åä î ð î âà Å . Ì .Ð à ñ÷ å ò ýë å ê ò ð îì à ã í è ò í û õ ï î ë å é ñ ï îì î ù ü þ ï ð î ã ð à ì ì í î ãî ê î ì ï ë å êñ à A N S Y SÌÝÈ (ÒÓ) Êàôåäðà ýëåêòðîôèçèêè 2003Ïðè âûáîðå ëþáîãî ïóíêòà âûâîäèòñÿ îêíî âûáîðàãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ñì. ïàðàãðàô 6.1) è ïîñëå âûäåëåíèÿíóæíûõ îáúåêòîâ − îêíî ñ çàïðîñîì íà ââîä çíà÷åíèéäåéñòâèòåëüíîé è ìíèìîé ÷àñòåé äëÿ âñåõ âîçìîæíûõñîñòàâëÿþùèõ (JSz, JSx, JSy) ïëîòíîñòè òîêà.Áîëåå ïîäðîáíîå îïèñàíèå Solution->Loads-Apply->ElectricBoundary->Ðàçäåë Time Integrated − äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå íàïðÿæåíèÿ:On Keypoints − â òî÷êàõ;On Nodes − â óçëàõ ÊÝ;On Areas − íà ïîâåðõíîñòÿõ.Ïðè âûáîðå ëþáîãî ïóíêòà ïîÿâëÿåòñÿ îêíî âûáîðàãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ñì.

ïàðàãðàô 6.1) è ïîñëå âûäåëåíèÿíóæíûõ îáúåêòîâ - îêíî ñ çàïðîñîì íà ââîä çíà÷åíèé íàïðÿæåíèÿ.Áîëåå ïîäðîáíîå îïèñàíèå Solution->Loads-Apply->BoundaryElectic Wall − èäåàëüíûé ïðîâîäíèê:On Areas − íà ïîâåðõíîñòè;On Nodes − â âûáðàííûõ óçëàõ.Magnetic Wall − èäåàëüíûé ìàãíåòèê (ýòî óñëîâèå ïðèìåíÿåòñÿ ïîóìîë÷àíèþ êî âñåì âíåøíèì ïîâåðõíîñòÿì ìîäåëè).Áîëåå ïîäðîáíîå îïèñàíèå Solution->Loads-Apply->Excitation->Impedance − Óà äëÿ ó÷åòà ïîòåðü â ìåòàëëå, ïðèìåíÿåòñÿ äëÿïîâåðõíîñòåé (On Areas) è óçëîâ (On Nodes). Ââîä çíà÷åíèÿâîëíîâîãî ñîïðîòèâëåíèÿ äëÿ âîëíû â äàííîì ìàòåðèàëå(ïîäðàçóìåâàåòñÿ, ÷òî áóäåò ââåäåíî êîìïëåêñíîå ÷èñëî ñ ðàâíûìèçíà÷åíèÿìè äåéñòâèòåëüíîé è ìíèìîé ÷àñòåé);Shield − àíàëîãè÷íîå óñëîâèå, íî òðåáóåòñÿ ââîä ìàãíèòíîéïðîíèöàåìîñòè è óäåëüíîé ïðîâîäèìîñòè ìàòåðèàëà;Planewave − Define wave − çàäàíèå ïàäàþùåéïëîñêîïîëÿðèçîâàííîé ýëåêòðîìàãíèòíîé âîëíû; íåîáõîäèìîçàäàâàòü êîîðäèíàòû òî÷êè, îòêóäà ïàäàåò âîëíà, íàïðàâëåíèåðàñïðîñòðàíåíèÿ è àìïëèòóäó ïîëÿ;Planewave − Wave Status − âûâîä èíôîðìàöèè î çàäàííîé âîëíå;Waveguide Port −Define Port − çàäàíèå ñòàíäàðòíîãî âîëíîâîäíîãîïîðòà íà ïîâåðõíîñòÿõ (On Areas) èëè â óçëàõ (On Nodes) ìîäåëè:COAX − êîàêñèàëüíûé âîëíîâîä;26 è ø í ÿ êî â Ñ .

 . , Ãî ðä þõ è í à Í . Ì . , Ô åä î ð î âà Å . Ì .Ð à ñ÷ å ò ýë å ê ò ð îì à ã í è ò í û õ ï î ë å é ñ ï îì î ù ü þ ï ð î ã ð à ì ì í î ãî ê î ì ï ë å êñ à A N S Y SÌÝÈ (ÒÓ) Êàôåäðà ýëåêòðîôèçèêè 2003TE10 − ïðÿìîóãîëüíûé âîëíîâîä ñ âîëíîé TE10;TE11circ − âîëíîâîä êðóãëîãî ñå÷åíèÿ ñ âîëíîé TE11;TM01circ − âîëíîâîä êðóãëîãî ñå÷åíèÿ ñ âîëíîé TÌ01.Ïîñëå âûáîðà òåõ îáúåêòîâ, íà êîòîðûõ áóäåò ðàçìåùåíâîëíîâîäíûé ïîðò, ïîÿâèòñÿ îêíî ñ çàïðîñîì íà ââîä íîìåðà ïîðòà,çàòåì îêíî ñî ñïèñêîì äîñòóïíûõ ïîðòîâ (îíè ïåðå÷èñëåíû âûøå),çàòåì îêíî ñ çàïðîñîì íà ââîä ïàðàìåòðîâ ïîðòà.

Ïàðàìåòðûîäíîòèïíû:à) íîìåð ëîêàëüíîé ñèñòåìû êîîðäèíàò (îïðåäåëÿåòïîëÿðèçàöèþ);á) ðàçìåðû ïîðòà (äëÿ êîàêñèàëüíîãî - ðàäèóñ æèëû è ðàäèóñîáîëî÷êè, äëÿ ïðÿìîóãîëüíîãî - øèðèíà è âûñîòà, äëÿ êðóãëûõ ðàäèóñ);â) ñðåäíÿÿ âõîäíàÿ ìîùíîñòü èëè àìïëèòóäà íàïðÿæåíèÿ (äëÿêîàêñèàëüíîãî ïîðòà) èëè àïëèòóäà âåêòîðîâ ïîëÿ (äëÿ îñòàëüíûõòèïîâ ïîðòîâ);ã) íà÷àëüíàÿ ôàçà;ä) åñëè íå çàäàíû âõîäíàÿ ìîùíîñòü èëè àìïëèòóäà, òî ïîðòñ÷èòàåòñÿ ñîãëàñîâàííûì.Ïðè ìîäåëèðîâàíèè çàòóõàíèÿ ïîëÿ íà áåñêîíå÷íîñòèíåîáõîäèìî çàäàòü ñîîòâåòñòâóþùèå ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ â ìåíþFlag: ñëåäóåò âûáðàòü òèï òîé ïîâåðõíîñòè, êîòîðàÿðàññìàòðèâàåòñÿ êàê áåñêîíå÷íî óäàëåííàÿ (ïîâåðõíîñòü - OnAreas, óçåë - On Nodes, ëèíèÿ - On lines); â ðàçäåëå ìåíþ -InfiniteSurf-, â îòêðûâøåìñÿ îêíå âûáîðà ãðàôè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ (ñì.ïàðàãðàô 6.1) íóæíî âûáðàòü ñîîòâåòñòâóþùèå ýëåìåíòû. Ïîñëåâûïîëíåíèÿ ýòèõ äåéñòâèé ïðîãðàììà ANSYS îáîçíà÷èò ýòèýëåìåíòû ñòðåëî÷êàìè, íàïðàâëåííûìè ïî íîðìàëè ê íèì.Ïðîãðàììà ANSYS ïîçâîëÿåò ñîõðàíÿòü íàñòðîéêè óñëîâèé íàãðàíèöàõ - äëÿ ýòîãî èñïîëüçóåòñÿ ïóíêò Write LS â ìåíþ Solution.Èìÿ ôàéëà ñ íàñòðîéêàìè áóäåò ñîâïàäàòü ñ èìåíåì ðàáîòû(Jobname) è ñîäåðæàòü ïîðÿäêîâûé íîìåð ýòîãî ôàéëà (îòñ÷åòíîìåðîâ âåäåò ïðîãðàììà).