Вишняков - Расчет электромагнитных полей с помощью программного комплекса ANSYS – 07.1 Примеры расчета ЭМ полей (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 7. Ïðèìåðû ðàñ÷åòà ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïîëåé7.1. Äâóõïðîâîäíàÿ ëèíèÿ ñ èçîëèðîâàííûìýêðàíîì. êà÷åñòâå ïðèìåðà ðàñ÷åòà åìêîñòíûõ êîýôôèöèåíòîâ,÷àñòè÷íûõ åìêîñòåé è ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿðàññìîòðèìäâóõïðîâîäíóþëèíèþñïðîâîäíèêàìèïðÿìîóãîëüíîãî ñå÷åíèÿ, íàõîäÿùèìèñÿ â ïðÿìîóãîëüíîì êîðîáå.Èçîëÿòîð - âîçäóõ.

×åðòåæ ìîäåëè ïðåäñòàâëåí íà ðèñ. 7.1.Ëåâûé íèæíèé óãîë êîðîáà ïðèíÿò çà íà÷àëî êîîðäèíàò.Ðèñ. 7.1Ïîñêîëüêó ïðîãðàììà ANSYS èñïîëüçóåò îñíîâíûå ñèñòåìíûååäèíèöû ÑÈ, òî êîîðäèíàòû óãëîâ ýëåêòðîäîâ è ýêðàíà çàäàíû âìåòðàõ.1. Íàñòðîéêà ïðîãðàììû1.1. Ñëåäóåò çàïóñòèòü ïðîãðàììó Interactive.  îòêðûâøåìñÿîêíå íóæíî ââåñòè èìÿ ðàáî÷åãî ôàéëà è èìÿ ïàïêè, ãäå áóäåòðàçìåùåí ýòîò ôàéë è ôàéëû ñ âñïîìîãàòåëüíûìè äàííûìè, ïîñëå÷åãî ñëåäóåò íàæàòü êíîïêó Run.46 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 20031.2.  çàãðóçèâøåéñÿ ïðîãðàììíîé ñðåäå ANSYS íåîáõîäèìîâûáðàòü ïóíêò Preferences îñíîâíîãî ìåíþ (Main Menu).Âîòêðûâøåìñÿ îêíå óñòàíîâëèâàþò ãàëî÷êó â ïóíêòå Electric èíàæèìàþò êíîïêó Ok.1.3.

Äëÿ çàäàíèÿ òèïîâ êîíå÷íûõ ýëåìåíòîâ (ÊÝ) íóæíî ïåðåéòèâ ìåíþ Preprocessor è âûáðàòü ïóíêò Element type, â îòêðûâøåìñÿìåíþ âûáðàòü ïóíêò Add/Edit/Del è â îòêðûâøåìñÿ îêíå íàæàòüêíîïêó Add. Ïîñëå ýòîãî îòêðîåòñÿ îêíî ñî ñïèñêîì äîñòóïíûõ ÊÝ:çäåñü íàäî âûáðàòü ðàçäåë Electrostatic è íàçâàíèå "2D Quad 121"ÊÝ, ñîîòâåòñòâóþùåãî ýòîìó òèïó; ïîñëå ýòîãî ñëåäóåò íàæàòü Ok.1.5. Çàäàíèå ñâîéñòâ ìàòåðèàëîâ: â ìåíþ Preprocessor âûáèðàþòïóíêò Material Props, à â îòêðûâøåìñÿ ïîäìåíþ - ïóíêò Isotropicðàçäåëà Constant. Ïîÿâèòñÿ îêíî ñ çàïðîñîì íà ââîä íîìåðà äëÿìàòåðèàëà - ñëåäóåò çàäàòü 1 è íàæàòü Ok ïîñëå ÷åãî ïîÿâèòñÿ îêíî,â êîòîðîì íàäî çàäàòü çíà÷åíèå ýëåêòðè÷åñêîé ïðîíèöàåìîñòèìàòåðèàëà PERX =1.

Ïîñëå òîãî, êàê âñå äàííûå ââåäåíû,íàæèìàþò Ok.2. Ñîçäàíèå ãåîìåòðèè2.1. Äëÿ ñîçäàíèÿ ãåîìåòðèè ñëåäóåò ïåðåéòè â ìåíþ Preprocessorè âûáðàòü òàì ïóíêò Create ðàçäåëà Modeling.2.2. Òàê êàê ãåîìåòðèÿ ìîäåëè ñîñòîèò èç ïðÿìîóãîëüíèêîâ, òîíåîáõîäèìî ïåðåéòè ê ìåíþ Rectangel ðàçäåëà Areas.2.3. Èñïîëüçóÿ ïóíêò By dimention ýòîãî ìåíþ, íàäî ñîçäàòü âñåíåîáõîäèìûå ïðÿìîóãîëüíèêè, çàäàâàÿ â îêíå ñ çàïðîñîìêîîðäèíàòû óãëîâ ïðÿìîóãîëüíèêîâ è íàæèìàÿ Apply:Ýêðàí: X1=0, Y1=0, X2=0.1, Y2=0.07;1 ýëåêòðîä: X1=0.02, Y1=0.02, X2=0.03, Y2=0.05;2 ýëåêòðîä: X1=0.05, Y1=0.03, X2=0.08, Y2=0.04;ïîñëå ââîäà êîîðäèíàò âòîðîãî ýëåêòðîäà íàæèìàþò Ok.2.4. Ïîñëå ñîçäàíèÿ âñåõ íóæíûõ îáëàñòåé ñëåäóåò ïåðåéòè âïîäìåíþ Operate ðàçäåëà Modeling ìåíþ Preprocessor è âûáðàòüïóíêò Overlap, â ïîÿâèâøåìñÿ ïîäìåíþ íàäî âûáðàòü ïóíêò Areas.Ïîÿâèòñÿ îêíî âûáîðà ãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, â êîòîðîìñëåäóåò íàæàòü êíîïêó Pick All.47 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 20032.5. Äëÿ óêàçàíèÿ ñâîéñòâ ìàòåðèàëîâ ñîçäàííûõ îáëàñòåé ñëåäóåòïåðåéòè â ìåíþ Preprocessor è âûáðàòü ïóíêò Attributes Define, âîòêðûâøåìñÿ ïîäìåíþ íóæíî âûáðàòü ïóíêò Picked Areas, âðåçóëüòàòå ÷åãî ïîÿâèòñÿ îêíî âûáîðà ãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, ñïîìîùüþ êîòîðîãî íàäî âûáðàòü îáëàñòü, êîòîðàÿ ñîîòâåòñòâóåòèçîëÿòîðó, è íàæàòü Ok.  ïîÿâèâøåìñÿ îêíå çàäàåòñÿ íîìåðìàòåðèàëà, ñîîòâåòñòâóþùèé âîçäóõó (1), è íàæèìàåòñÿ Ok.3. Ñîçäàíèå ðàçáèåíèÿ3.1. Ñëåäóåò çàäàòü ìàêñèìàëüíûé ðàçìåð ðåáåð äëÿ êîíå÷íûõýëåìåíòîâ, ëåæàùèõ íà ãðàíèöàõ ðàçäåëà ñðåä.Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóåòñÿ ïîäìåíþ Preprocessor ->-Meshing--> Size Controls; â ýòîì ïîäìåíþ âûáðàåòñÿ â ðàçäåëåLines ïóíêò All Lines.

 îêíå ñ çàïðîñîì ñëåäóåò çàäàòü çíà÷åíèåïåðåìåííîé SIZE òàêîå, ÷òîáû äëèíà ñàìîé êîðîòêîé ëèíèè âìîäåëè áûëà â äåñÿòü ðàç áîëüøå. Äëÿ ðàññìàòðèâàåìîãî ñëó÷àÿñàìàÿ êîðîòêàÿ ëèíèÿ èìååò äëèíó 1ñì, ïîýòîìó íåîáõîäèìî ââåñòèçíà÷åíèå 1ìì =0.001ì (çíà÷åíèå çàäàåòñÿ èìåííî â ìåòðàõ). Çàòåìíàæèìàåòñÿ Ok.3.2. Äëÿ ñîçäàíèÿ ñåòêè ÊÝ âûáðàåòñÿ ïîäìåíþ Mesh ðàçäåëàMeshing ìåíþ Preprocessor è âûáèðàåòñÿ ïóíêò Free ðàçäåëà Areas.Ïîÿâèòñÿ îêíî âûáîðà ãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, ñ ïîìîùüþìûøè ñëåäóåò âûäåëèòü îáëàñòü, ñîîòâåòñòâóþùóþ âîçäóõó, èíàæàòü Ok. Ñîçäàííàÿ ñåòêà ïîêàçàíà íà ðèñ. 7.2.Ðèñ. 7.248 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 20034. Âû÷èñëåíèå åìêîñòíûõ êîýôôèöèåíòîâ4.1. Äëÿ òîãî ÷òîáû àâòîìàòè÷åñêè âû÷èñëèòü åìêîñòíûåêîýôôèöèåíòû, íàäî çàäàòü âñå íàáîðû óçëîâ ÊÝ, ëåæàùèõ íàãðàíèöàõ ýëåêòðîäîâ. Äëÿ ýòîãî öèêëè÷åñêè äëÿ êàæäîãî ýëåêòðîäàâûïîëíÿþòñÿ ñëåäóþùèå äåéñòâèÿ:à) â ìåíþ "Select" ñëåäóåò âûáðàòü ïóíêò "Entities";á) â îòêðûâøåìñÿ îêíå â 1-ì ñïèñêå âûáèðàåòñÿ "Lines" è âî 2-ì− "By Num/Pick", çàòåì íàæèìàåòñÿ Ok;â) ïîÿâèòñÿ îêíî âûáîðà ãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, ñ ïîìîùüþêîòîðîãî íàäî âûäåëèòü âñå ëèíèè, ïðèíàäëåæàùèå äàííîìóýëåêòðîäó, è íàæàòü Ok;ã) óáåäèòåñü, ÷òî âûáðàíû òîëüêî íóæíûå ëèíèè − â ìåíþ "Plot"âûáåðèòå ïóíêò "Lines";ä) â ìåíþ "Select" ñëåäóåò âûáðàòü ïóíêò "Entities";å) â îòêðûâøåìñÿ îêíå â 1-ì ñïèñêå ñëåäóåò âûáðàòü "Nodes" è âî2-ì − "Attached to", óñòàíîâèòü óêàçàòåëü "Lines, All" è íàæàòü Ok;¸) óáåäèòåñü, ÷òî âûáðàíû òîëüêî íóæíûå óçëû − â ìåíþ "Plot"âûáåðèòå ïóíêò "Nodes";æ) â ïîäìåíþ "Select"->"Comp/Assembly" íàäî âûáðàòü ïóíêò"Create component";ç) â îòêðûâøåìñÿ îêíå ñëåäóåò ââåñòè ïðîèçâîëüíîå èìÿñîçäàâàåìîãî ýëåêòðîäà (èìÿ äîëæíî ñîñòîÿòü èç áóêâåííîé ÷àñòè,îáùåé äëÿ âñåõ ýëåêòðîäîâ, è íîìåðà, íàïðèìåð e1, e2, e3,…) èíàæàòü Ok;è) â ïîäìåíþ "Select"->“Comp/Assembly"->"Pick Comp/Assembly"âûáèðàåì ïóíêò "From Full";é) â ïîÿâèâøåìñÿ îêíå âûáîðà ãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ ñïîìîùüþ íàæàòèÿ ëåâîé êíîïêè ìûøè â ëþáîì ìåñòåãðàôè÷åñêîãî îêíà âûäåëèòå âûáðàííûå ðàíåå óçëû è íàæìèòå Ok;ê) óáåäèòåñü, ÷òî ýëåêòðîä ñîçäàí ïðàâèëüíî − â ìåíþ "Plot"âûáåðèòå ïóíêò "Components"->"By name/number" , â îòêðûâøåìñÿîêíå íàæìèòå Ok;ë) â îòêðûâøåìñÿ îêíå âûáåðèòå íóæíûé êîìïîíåíò è íàæìèòåOk;ì) â ìåíþ "Select" âûáåðèòå ïóíêò "Everything";í) â ìåíþ "Plot" âûáåðèòå ïóíêò "Lines".49 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 20034.2. Ïåðåéäèòå â ìåíþ Solution è âûáåðèòå ïóíêò Electromagnet. îòêðûâøåìñÿ ïîäìåíþ âûáåðèòå ïóíêò Capac Matrix. Âîòêðûâøåìñÿ îêíå ñëåäóåò çàäàòü çíà÷åíèÿ ñëåäóþùèõïåðåìåííûõ:Symfac − 1;Condname − áóêâåííàÿ ÷àñòü èìåíè ýëåêòðîäîâ (e);Capname − èìÿ ìàòðèöû åìêîñòíûõ êîýôôèöèåíòîâ −ïðîèçâîëüíîå;Ncond − ÷èñëî ýëåêòðîäîâ − 3;Grndkey − 0.Íàæèìàåì Ok.

Ïîñëå îêîí÷àíèÿ ðàñ÷åòà áóäåò âûâåäåíî îêíî,ñîäåðæàùåå ðàññ÷èòàííûå åìêîñòíûå êîýôôèöèåíòû (ïåðâàÿìàòðèöà çíà÷åíèé) è ÷àñòè÷íûå åìêîñòè (âòîðàÿ ìàòðèöà):________________ CMATRIX SOLUTION SUMMARY ___________________*** Ground Capacitance Matrix ***Self Capacitance of conductor 1. = 0.52911E-10Self Capacitance of conductor 2. = 0.46807E-10Mutual Capacitance between conductors 1. and 2. = -0.11142E-10Ground capacitance matrix is stored in 3d array parameter cmatrix ( 2., 2.,1)*** Lumped Capacitance Matrix ***Self Capacitance of conductor 1.

= 0.41769E-10Self Capacitance of conductor 2. = 0.35664E-10Mutual Capacitance between conductors 1. and 2. = 0.11142E-10Lumped capacitance matrix is stored in 3d array parameter cmatrix ( 2., 2.,2)Capacitance values are per unit lengthCapacitance matricies are stored in file cmatrix .txt_____________________________________________________________5.

Çàäàíèå óñëîâèé íà ãðàíèöàõ (ÓÃ) è ðåøåíèå5.1. Äëÿ íàñòðîéêè ïðîãðàììû íà ðåøåíèå çàäà÷è ñëåäóåòïåðåéòè â ìåíþ Solution è âûáðàòü ïóíêò New Analisis. Âîòêðûâøåìñÿ îêíå íàäî óêàçàòü òèï àíàëèçà − óñòàíîâèâøèéñÿðåæèì (Steady-State) è íàæàòü Ok.50 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 20035.2.

 ìåíþ Solution íàäî ïåðåéòè ê ïîäìåíþ Apply ðàçäåëàLoads è, çàòåì âûáðàòü ïóíêò Boundary.  îòêðûâøåìñÿ ïîäìåíþâûáèðàþò ïóíêò On Lines ðàçäåëà Voltage è, ñ ïîìîùüþ îêíàâûáîðà ãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ âûäåëÿþò ëèíèè ïåðâîãîýëåêòðîäà, â îêíå çàïðîñà ââîäÿò çíà÷åíèå ïîòåíöèàëà (íàïðèìåð,1Â) è íàæèìàþò Apply. Ïîâòîðèòü äåéñòâèÿ äëÿ âòîðîãî ýëåêòðîäà(ïóñòü åãî ïîòåíöèàë áóäåò -1Â).5.3.  òîì æå ìåíþ ñëåäóåò âûáðàòü ïóíêò J-Normal è ñïîìîùüþ îêíà âûáîðà ãåîìåòðè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ âûäåëèòü âñåëèíèè êîðîáà.5.4.

Äëÿ òîãî, ÷òîáû ðåøèòü çàäà÷ó, íàäî â ìåíþ Solution âðàçäåëå Solve âûáðàòü ïóíêò Current LS.6. Îáðàáîòêà ðåçóëüòàòîâ6.1. Äëÿ ðàáîòû ñ ðåçóëüòàòàìè ðàñ÷åòà íåîáõîäèìî ïåðåéòèâ ìåíþ Genereral Postproc.6.2. Äëÿ âûâîäà ðàñïðåäåëåíèÿ ïîòåíöèàëà íàäî ïåðåéòè âïîäìåíþ Genereral Postproc->Plot Results è âûáðàòü â ðàçäåëåContour Plot ïóíêò Nodal Solution.  îòêðûâøåìñÿ îêíå íàäîâûáðàòü â ëåâîì ñïèñêå DOF solution, à â ïðàâîì − Elec poten VOLT.Ðàñïðåäåëåíèå ïîòåíöèàëà ïîêàçàíî íà ðèñ.