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ANSYS Maxwell中边界条件的应用.pdf

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.18M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    武汉恩硕科技有限公司 ANSYS Maxwell 各种边界条件的含义及应用 恩硕科技 刘朝瑜（论坛 ID：一个大洗的日子） Maxwell 中有很多种边界条件，分别适用于不同场合，那么在做电磁仿真时该如何 精确有效的使用每种边界条件呢？ 图1 边界条件 1. Default Boundary Conditions (Natural and Neumann) 1.1 边界条件解释 默认边界条件，即不添加边界条件设置时，软件默认使用的边界特性，根据边界位 置不同，分为 Natural 和 Neumann 两种。 Natural 边界条件——磁场连续的穿过边界，实体与实体的交接面即为 Natural 边界 条件。 Neumann 边界条件——磁场正切于该边界，磁力线不能穿越该边界，Maxwell 3D 中不定义边界条件时，Region 边界上即为 Neumann 边界条件。 1.2 案例验证 在 Maxwell 3D 静磁场中创建一个长条形永磁体，材料设置为“SmCo8”，为了体 现边界条件对磁场的影响，创建一个较小的 Region，将“Percentage Offset”设置为每 个方向均为 50%，如图 2 所示。 本案例查看永磁体周围静磁场的分布，设置一个足够收敛的“Setup”，并求解。 3D 中无法查看 Flux_Line，但可以查看 B_Vector 以判断磁场走向，图 3 和图 4 为 XY 平面的磁密矢量图。 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 1 页
    图2 模型及 Region 设置 图3 Maxwell 3D Neumann 边界条件磁场走向俯视图 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 2 页
    图4 Maxwell 3D Neumann 边界条件磁场走向等轴测视图 1.3 应用说明 Natural 边界条件普遍存在于 Maxwell 的各种求解器中。 Maxwell 2D 求解器均需要对 Region 外边界设置边界条件，不能应用 Neumann 边界 条件；而 Maxwell 3D 均可以应用 Neumann 边界条件。 默认边界条件不需要任何设置，但要正确应用默认边界条件，Region 的设置非常关 键。由 1.2 可见，Neumann 边界条件将磁场限定在边界之内。当磁场较封闭或 Region 足够大时，应用 Neumann 边界条件才会得到相对正确的分析结果。 2. Zero Tangential H Field & Magnetic Field (H-Field) 2.1 边界条件解释 2.1.1 Zero Tangential H Field 零切向磁场，磁场 H 的切向分量被设置为 0，磁力线垂直于该边界条件，适用于施 加外部磁场，如地磁场的垂直面。 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 3 页
    2.1.2 Magnetic Field (H-Field) 磁场边界条件，磁场的切向分量被指定为预定义的值，但如果该分量的值被指定为 0，则其效果与 Zero Tangential H Field 相同，磁场与该边界垂直，适用于施加外部磁场， 如地磁仿真。 2.2 案例验证 本案例中将会在 Maxwell 3D 静磁场中施加一个沿 Y 轴正方向的外部磁场.如图 5 所 示，创建一个正方体软磁体，材料设置为“Steel_1010”，并在正方体外部创建 Region， 将“Percentage Offset”设置为每个方向均为 100%。 在 Region 与 Y 轴平行的 4 个面上分别按照图 6 和图 7 添加场强为 40A/m 的 Tangential H Field 边界条件；并在与 Y 轴垂直的 2 个面上分别按照图 8 添加 Zero Tangential H Field 边界条件，完成后效果如图 9 所示。 本案例查看软磁体周围静磁场的分布，设置一个足够收敛的“Setup”，求解完成 后如图 10 和图 11 所示查看 XY 平面的磁密分布。 图5 仿真模型 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 4 页
    图6 Magnetic Field (H-Field)边界条件设置界面 图7 边界条件及方向定义 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 5 页
    图8 Zero Tangential H Field 定义界面 图9 边界条件 图10 XY 平面磁密分布 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 6 页
    图11 XY 平面磁密分布 2.3 应用说明 当仿真对象处于某外部磁场中，且该外部磁场对仿真对象性能的影响不能忽略时， 可以用到这两种边界条件，如地磁仿真。Maxwell 3D 瞬态场中不能添加 Tangential H Field 边界条件。 Region 的设置应和实际磁场尽可能相同，若外部磁场为地磁场，则应选择尽可能大 的 Region。 3. Vector Potential 3.1 边界条件解释 矢量磁势边界条件，定义边界上的矢量磁位 A 的常数值。边界处的磁场与边界正 切，不会漏到边界外面去。 3.2 案例验证 本案例将会在 Maxwell 2D 静磁场中查看 Vector Potential 边界条件对磁场的影响。 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 7 页
    利用 1.2 中的案例直接生成 Maxwell 2D 算例，如图 12 所示。 选择 Region 所有的边界，并添加 Vector Potential Boundary，值为 0，如图 13 所示。 设置一个足够收敛的“Setup”，并求解，求解完成后查看所有实体的 Flux_Line，如图 14 所示。 图12 模型 图13 定义矢量磁势边界条件 图14 磁力线分布 湖北省武汉市武昌和平大道水岸国际 1 号楼 2611（430062） 电话：027-82750866 第 8 页
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